L'audiofilo e la pre-enfasi dei CD

Un audiofilo attento a tutto quello che può minacciare i buoni ascolti deve sempre stare sul chi vive, dopo la loudness war scatenata anni fa dalle major, una nuova minaccia arriva dal lontano passato, e potrebbe essere nascosta nei suoi CD. E proprio quelli più vecchi, i primi comprati con fiducia e grandi aspettative nei primi anni '80, quando costavano il doppio degli LP, quelli che portano con loro ricordi di quei tempi gloriosi. E' un problema noto, ma è tornato all'attenzione (almeno alla mia) con una serie di post di TNT-Audio dedicati ai "CD vintage". Ho voluto quindi approfondire e provare.

Il CD è nato ed è stato commercializzato quando i chip dei codec (i convertitori digitale-analogico) erano ancora a 14 bit (come quello del mio primo lettore CD della Philips, uno dei primi modelli usciti) e potevano indurre un udibile rumore di quantizzazione dopo la conversione, in special modo sulle alte frequenze.

Per non ritardare il lancio fino alla disponibilita di codec più performanti, i progettisti della Philips e della Sony sono ricorsi allo stesso tipo di intervento adottato per il microsolco, la pre-emphasis, ovvero applicare una enfatizzazione (solo sulle alte frequenze, in questo caso) sul CD registrato, da eliminare non  a cura del codec, ma della successiva sezione analogica, prima dell'ascolto.

In questo modo si riduceva il rumore di quantizzazione, perché sul contenuto a volume più vicino al massimo il codec introduceva meno rumore, ed era anche possibile, sempre nella sezione analogica, filtrarlo ulteriorrmente e ridurre al minimo la possibilità di udirlo. Tagliando ovviamente anche qualche eventuale segnale musicale ad alta frequenza in quella zona.

Il primo lettore messo in commercio dalla Philips, il CD100 (1983)

L'applicazione limitata della pre-enfasi
La pre-empahsis o o pre-enfasi o pre-enfatizzazione non era però applicata su tutti i CD, ma a scelta della casa discografica e, secondo la migliore tradizione di questo standard, non era dichiarata sulla confezione del CD nè su altre fonti. E' stata riservata soprattutto alla musica classica ed è stata applicata in modo abbastanza esteso solo nella prima metà degli anni '80, salvo casi particolari (vedi in seguito).

Come la gestivano i CD player e i lettori su PC 
La pre-enfasi è stata codificata in una successiva versione del RED Book e quindi i produttori dei lettori CD erano tenuti a implementare sui loro modelli il riconoscimento di questa codifica ed il processo contrario di de-enfasi prima dell'invio del segnale all'amplificatore. 

La curva di de-enfasi che il lettore CD deve applicare. Come si vede l'intervento di enfatizzazione è molto significativo.

Un intervento di normalizzazione che i CD player hanno eseguito diligentemente fino agli anni '90, dopodichè le informazioni diventano vaghe e discordi. Secondo alcune fonti, essendo previsto dallo standard, solo pochi CD player non hanno inserito il rilevamento e il trattamento della pre-enfasi, secondo altre fonti è stata praticamente abbandonata (violando la compatibilità all'indietro). In ogni caso, sempre mantenendo la tradizione di scarsa trasparenza dello standard CD, nelle specifiche dei CD player questa funzione non è quasi mai specificata. Da tutte le fonti si esclude invece che i lettori CD inclusi nei PC abbiano la funzione di de-enfatizzazione.

Finché il CD rimaneva fisico e si scoltava con un CD player Hi-Fi c'era quindi una buona probabilità che la pre-enfasi fosse corretta e non ce ne dovessimo preoccupare ma, da un certo punto in poi (fine anni '90) il contenuto del CD è stato convertito su file, che mantenevano ovviamemte la pre-enfasi, essendo applicata direttamente in digitale. La de-enfasi in questo caso doveva essere applicata dal lettore del PC, e questo in alcuni casi è avvenuto (per esempio da  iTunes, sia in lettura che in importazione, notizie incerte invece su WMP).

Il primo CD player commercializzato dalla Sony (e il primo in assoluto), il CDP-101 (1982)

Come ascoltare i CD pre-enfatizzati
Dovrei quindi  passare in rassegna i sistemi disponibili per l'ascolto corretto dei CD pre-enfatizzati, ma forse prima è necessario porsi una domanda; quanti sono quelli nella nostra libreria digitale? Magari sono pochissimi, o nessuno, e quindi squesto ipotetico problema lo si può dimenticare, anche perché sono ben pochi, si presume, gli audiofili interessati a comprare CD usati dei primi anni '80.

Individuare i CD con pre-emphasis
Visto che se ne parla da anni e che ci sono applicazioni software per ogni esigenza ci si aspetterebbe che qualcuno abbia realizzato un tool che legge il CD inserito sul PC e ce lo fa sapere. Ma non è così, per la ricerca esiste solo un metodo indiretto, e neanche in grado di scoprire tutti i casi. Prima però bisogna chiedersi come fa il lettore CD a sapere che il CD è registrato con la pre-emphasis: l'informazione può essere riportata nella TOC (Table Of Contents) del CD oppure nel "subcode" del CD. Nel primo caso si riesce a scoprire, nel secondo caso no (se non con analisi approfondite del CD).

Come si trova la pre-enfasi
Basta utilizzare un'applicazione di ripping che genera anche il file cue del CD. Si tratta di quel file usato per "splittare" un CD che (per ignoti motivi, ma ne esistono) è stato rippato su un solo file. Questo file che ,nonostante l'estensione, è un semplice file di testo, contiene anche i tags del CD, che vengono consultati dal lettore. Tra questi c'è un tag chiamato FLAGS PRE che indica che la pre-enfatizzazione è stata applicata. I ripper con questa funzionalità sono CueRipper (si trova nel pacchetto free CueTools), EAC (versioni vecchie, pare) e DBpowerAmp. Io seguendo le informazioni riportate su TNT-Audio ho usato il primo. Le operazioni sono molto semplici:

• avviare CueRipping (è un eseguibile)
• inserire il CD sospetto: CueRipper lo riconosce automaticamente
• avviare il ripping con il pulsante Go
• se il ripping non interessa, sospendere dopo completata la prima fase "detecting gap"
• nella cartella di destinazione (quella dove si trova la cartella CueTools) sarà stato generato un file .cue con il nome del CD
• cambiare l'estensione da .cue a .txt
• accedere al file e verificare se è presente il temuto tag FLAGS PRE

Se non c'è non è detto che la pre-emphasis non sia applicata, potrebbe essere indicata nel misterioso "subcode", L'unico sistema per scoprirlo è ascoltare il CD. Se suona come se i controlli di tono ci fossero ancora e fossere alzati al massimo gli alti, probabilmente la pre-enfasi c'è (oppure è il master che fa schifo).

Come scoltare i CD pre-enfatizzati (2)

I file audio rippati si possono comunque ascoltare, anche se non è semplicissimo. Ma forse prima di elencare i sistemi per ascoltarli è meglio farsi ancora un'altra domanda: quanti sono nella nostra libreria musicale digitale?

Quanti sono i CD pre-enfatizzati in una tipica libreria musicale

Riepilogando, la pre-emphasis era usata solo nell'era pionieristica del CD, e soprattutto per la musica classica, poi non serviva più ed è stata progressivamente abbandonata, con alcune eccezioni. Secondo molte fonti hanno continuato a produrre CD con pre-emphasis la Denon nella sua collana Denon Classical, e molti CD prodotti per il mercato giapponese la includevano, fino a tutti gli anni '90.
Anche diversi CD di rock e pop erano codificati così e qualcuno ha tentato di censirli, la lista si può consultare qui, ma se sparisse o se preferite controllarla con i titoli in ordine alfabetico si può anche scaricare qui dal nostro sito.

Non dovrebbe essere quindi molto frequente la presenza di CD con questa codifica in una libreria discografica ma chi avesse un certo numero di CD "sospetti" in base a queste indicazioni, può fare il controllo illustrato prima.

Un test
Nella mia libreria musicale i CD dei primi anni '80 sono pochi e quelli Denon non ci sono (solo uno pop-rock) ho testato tutti quelli sospetti (una trentina) e quello Denon ma il risultato è che nessuno era codificato con pre-emphasis, il tag FLAG PRE non è mai comparso. Consultando le varie fonti in rete ci sono testimonianze di audiofili con miglaia di CD (molti più dei miei) che ne hanno individuati solo 4-5 pre-enfatizzata, a conferma che non dovrebbe essere un problema diffuso.

Aggiornamento 23/12/2020

Mi lasciava insoddisfatto non aver verificato su nessun CD della mia discoteca la presenza della pre-enfasi, ho cercato quindi se erano disponibili da qualche parte i CD presenti nella lista linkata sopra. Uno piuttosto diffuso e quindi disponibile a basso prezzo era acquistabile su Discogs da diversi venditori, tra cui uno in UK, era Working with Fire and Steel dei China Crisis. L'ho acquistato 3 settimane fa e, sfidando brexit e seconda o  terza ondata in UK, la Royal Mail è riuscita a farlo arrivare fino a casa mia. E il famoso FLAGS PRE effettivamente c'è:

TRACK 01 AUDIO

    FLAGS PRE

    PERFORMER "China Crisis"

    TITLE "Working With Fire and Steel"

    INDEX 00 00:00:00

    INDEX 01 00:00:33

Come ascoltare o rippare i CD pre-enfatizzati (3)

Anche se, come abbiamo visto, è una situazione rara, occorre però trovare un sistema per ascoltare comunque i CD individuati con pre-enfasi. Le soluzioni possibili sono le seguenti:

1. Ascoltarli con il lettore CD, anche se sono stati rippati (la soluzione migliore, se li abbiamo ancora)
2. Ascoltarli con Foobar2000 dopo aver installato il component foo_deemph; attenzione però: occorre aggiungere ad ogni traccia con pre-emphasis (tutto il CD, tipicamente) il tag PRE_EMPHASIS o PRE-EMPHASIS con  valore 1 oppure on oppure yes (il tag si aggiunge con il comando +add new in properties)
3. Ascoltare con Roon il file audio rippato attivando la gestione della de-enfasi (presente nelle ultime versioni di Roon)
4. Editare il file audio per de-enfatizzarlo, con un editor audio come SoX. La guida per fare questa operazione si trova nel blog del noto audiofilo e grande esperto di musica digitale Archimago (link).
5. Cercare l'album su un servizio streaming lossless e ascoltarlo così.
6. Non ascoltarli con J River MC, perché non implementa la de-enfasi.

A parte gli utenti di Roon (nell'eventualità che l'operazione sia veramente automatica), le uniche azioni sensate a mio parere sono la 1 e la 5. Anche perché un altro esperto del settore su web (Steve Hoffman) fa notare giustamente che la de-enfasi è un processo da effettuare (come la pre-enfasi) nel dominio analogico, replicarla in digitale non è facile ed in particolare non è facile recuperare la fase originaria, si ripristina solo la risposta in frequenza. Una modifica in parte irriversibile, quindi. 

Per il ripping dei CD con pre-enfasi si procede nello stesso modo, ovvero attivando la de-enfasi nella sezione post-processing. Bisogna poi ricordarsi di toglierlo.
Ovviamente dopo aver fatto questo lavoro rimane a curiosità di verificare se c'è effettivamente una differenza in ascolto. Con questo CD e con questa musica elettronica dei China Crisis, non molto estesa sugli alti, in realtà non emerge in modo netto e immediato. Cercando nei vari brani, in uno piuttoso veloce e contrastato (Tragedy and Mistery) si percepisce in modo abbastanza evidente la maggiore asprezza della versione con pre-enfasi non corretta. Per chi ricorda i controlli di tono, è come se fossero incrementati, ma non di moltissimo.

In sintesi: il problema non c'è

La minaccia ai buoni ascolti dell'audiofilo, peraltro subdola, difficilmente individuabile, si rivela quindi poco consistente. Se i dischi sospetti sono pochi, a livello di curiosità il test si può anche fare. Negli altri casi conviene non fare nulla. Soltanto, quando si ascolta un CD con gli alti "sparati",  come se i controlli di tono ci fossero ancora e fossero al massimo, eseguire il test ed applicare eventualmente il rimedio.