La scheda audio è una scheda aggiuntiva ad un PC in grado di convertire audio digitale in audio analogico, cioè un suono in grado di essere compreso senza alcun problema.

Chi ha il compito di tradurre il suono è il convertitore analogico/digitale (ADC) e il convertitore digitale/analogico (DAC). Questo tipo di conversione avviene tramite il "campionamento" (PCM = pulse code modulation).
 

PCM   8 bit = 2^8  valori (256)
PCM 16 bit = 2^16 valori (65536)
 
 

   In una scheda audio è importante vedere di che tipo di convertitori è equipaggiata, quale frequenza di campionamento è in grado di raggiungere (22.000, 44.100 Hz, 48.000 Hz), quanti bit ha di conversione (8bit, 16bit, 18bit), e il suo rapporto segnale rumore (S/N) cioè la dinamica e il fruscio di sottofondo della scheda stessa.

Con il suono digitale siamo in grado di raggiungere livelli di dinamica superiori ai 100 dB, cosa che con i dischi in vinile o i registratori a cassette si raggiungevano 50-70 dB.

Le limitazioni nella gamma dinamica sono dovute principalmente a due fattori:
al rumore associato alla memorizzazione e riproduzione dei segnali e al massimo margine di sovraccarico di questi sistemi.
 

Una caratteristica eccezionale dell’orecchio umano è quella di essere in grado di riconoscere una vastissima gamma di variazioni di ampiezza del segnale sonoro, dal leggerissimo fruscio  delle foglie, all’ assordante rumore di una vettura da corsa.

Il nostro limite nei sistemi elettronici si nota quando registriamo o riproduciamo quest’ampia gamma di suoni utilizzando amplificatori, registratori a cassette o anche riproduttori digitali quali CD o DAT, ci rendiamo subito conto delle ristrettezze dovute ai limiti fisici associati alle tecnologie per l’aquisizione e riproduzione del suono.
Tutti i componenti elettronici, infatti, producono una certa quantità di rumore.
 
 

   La gamma dinamica dei sistemi di riproduzione elettro-acustici è limitata sia
all’estremo inferiore che a quello superiore.

Quello inferiore è dovuto agli stessi componenti elettronici che creano il cosiddetto rumore di fondo, mentre il limite superiore è determinato dai livelli delle tensioni operative all’interno dei sistemi.
Se vengono superati questi limiti interni, il risultato è una distorsione udibile nel segnale.

Sebbene in teoria la gamma dinamica utilizzabile risieda fra questi due limiti, in pratica questa gamma è ridotta dato che deve essere mantenuta una certa riserva per evitare una distorsione, se intervengono improvvisi picchi di livelli (clipping).

Una soluzione potrebbe sembrare quella di lavorare sempre a livelli operativi più bassi, ma in effetti tale soluzione non è ideale.

Infatti con livelli più bassi ci avvicineremo alla parte più bassa della gamma dinamica, ovvero nella zona in cui il rumore di fondo potrebbe essere più diffuso.

   Non esiste una condizione ideale, ma l’importante è quella di utilizzare il livello operativo più alto possibile senza rischiare comunque la distorsione del segnale.
 

Al giorno d’oggi ci sono molti programmi in ambiente Windows, che permetto di pulire il segnale da eventuali click, rumore di fondo, fruscii vari ed addirittura di espandere il livello sonoro e la dinamica del segnale.

Programmi professionali ed anche molto costosi come il Soundforge, Wavelab o il programma shareware CoolEdit (che ha un prezzo di acquisto molto buono), danno la possibilità di masterizzare un intero brano catturato da qualsiasi sorgente sonora ed elaborarlo con estrema semplicità.
 

   Un motivo per il quale siamo riusciti ad ottenere una buona  dinamica, è dovuto grazie ai sistemi di conversione digitale.
 
 

Nell’ audio digitale introduciamo ora il campionamento, cioè il numero di campioni o punti, che vengono presi in un’unità di tempo.
 

Il campionamento è caratterizzato infatti da tre parametri:

- Frequenza di campionamento
- Risoluzione
- Memoria
 

* La frequenza di campionamento è la velocità con la quale viene preso un campione audio e deve essere sempre il doppio della frequenza d’ingresso da convertire, perchè se questo non avvenisse avremo il fenomeno dell’ aliasing
(rumore indesiderato in banda audio).

Se noi, ad esempio, convertiamo un segnale con una frequenza di campionamento a 22000 Hz (Fmax) rischiamo di ascoltare del rumore digitale influendo la banda audio acuta. Dato che noi uomini abbiamo una banda di ascolto da 20 Hz a 20000 Hz, si preferisce lavorare sempre al doppio di frequenza di campioni digitali, cioè almeno a 44000 Hz (Fc), in modo da non udire il rumore digitale causato dalla conversione.
 

* La risoluzione è, invece il valore con cui viene espresso il numero di bit.
Questo numero viene approssimato a 8 bit o 16 bit.
Più bit e quindi più campioni(punti) si prendono, e più la curva digitale è simile all’originale. Ecco perchè si preferisce lavorare sempre a 16 bit con i CD e il resto delle registrazioni digitali.

Il numero dei bit, inoltre, influiscono soprattutto sulla dinamica audio, che è stata accennata in precedenza.

Stabilito, infatti, che il rapporto S/N di 1 bit sia di circa 6 dB, possiamo determinare che la dinamica ideale con 8 bit sia di 48 dB (6 db per 8 bit), mentre notiamo che abbiamo molta più dinamica sonora con 16 bit (6 db per 16 bit = 96 db) che è abbastanza sufficiente per soddisfare il nostro udito.
 

* Abbiamo per ultimo la memoria che è il tempo di campionamento necessario per la registrazione audio, ad esempio su un Harddisk; dipende molto oltre alla capacità del supporto di registrazione, soprattutto dal numero di bit e dalla frequenza di campionamento, in quanto meno campioni e quindi meno dati digitali vengono registrati e meno spazio è richiesto su HD.

Per avere una buona qualità audio, si consiglia infatti di registrare almeno a 16 bit su un Harddisk abbastanza capiente, almeno dell’ordine di 2-3 Gbyte di memoria.
 
 
 

   Il segnale audio, quindi, che entra in una scheda audio può provenire da qualsiasi sorgente, come un semplice walkman, un giradischi, un microfono, o una radio, l’importante che l’apparecchio sia provvisto di un’ uscita audio minijack cuffie.
 
 

Alcune schede professionali, come anche la scheda audio (AWE64Gold), oltre ad accettare ingressi analogici sono in grado di interpretare segnali digitali (tramite un ingresso apposito) che possiamo trovare su apparecchi semiprofessionali quali DAT, MINIDISK, o MULTITRACCIA Digitali da studio; in questo modo si evitano perdite audio a causa della conversione analogico-digitale presente sulla scheda audio.
 

Oggi con l’avvento di nuove tecnologie applicate ai PC, si possono realizzare ed elaborare progetti una volta irrealizzabili.
 

   Nel campo video ad esempio, abbiamo raggiunto livelli impensabili, basti osservare gli ultimi film (americani) oggi realizzati con  numerosi effetti speciali computerizzati.

Anche nel campo audio sono stati fatti molti progressi, in quanto con l’avvento del digitale si riescono a modificare e creare nuovi suoni anche con l’utilizzo di nuove macchine ad elaborazione avanzata che sfruttano, ad esempio, la matematica.

Un domani, ci saranno tastiere che utilizzeranno non più i semplici campioni digitali utilizzati oggi da tutte le workstation, ma formule matematiche in grado di riprodurre a nostro piacimento qualsiasi suono, riverbero, espressione dello strumento da noi scelto ecc., insomma realizzazioni più che mai eccellenti perchè è proprio oggi che c’è questo cambiamento di sonorità, di stile e di ascoltare la musica attraverso internet e tramite anche la realtà virtuale, che sta raggiungendo livelli estremamente reali.
 
 
 

AUDIO CINEMATOGRAFICO

   Non dimentichiamo inoltre che anche in campo cinematografico c’è stata una forte evoluzione, dal cinema muto all’avvento dell’audio mono.
Con la scoperta della stereofonia e di nuovi materiali utilizzati anche sulle nuove pellicole cinematografiche riusciamo ad avere un video con decodifica audio stereo.

Negli anni ‘80 è nato il Dolby stereo , cioè un sistema di decodifica stereo cinematografico senza fruscio (Dolby A).

Successivamente nasce il Dolby Surround, sistema audio che studieremo più tardi, il Pro Logic, e il Dolby AC3 (nuova codifica stereo digitale molto simile a quella del Dolby digital delle nuove sale cinematografiche) nato e utilizzato ultimamente con l’avvento del DVD (Digital Video Disk - disco ottico simile al CD ma con due faccie).
 
 

   Spieghiamo ora la tecnologie audio utilizzate nei cinema, in campo radiofonico, televisivo ed in casa (home theater).

Oggi la maggioranza delle persone ascolta la radio, a casa propria o in automobile, guarda la TV e soprattutto, va molto più spesso al cinema e questo ha contribuito alla nascita di nuove sale cinematografiche e quindi all’utilizzo di nuove apparecchiature audio, grazie anche alle nuove tecnologie digitali.
 

   Sappiamo tutti che il suono stereo è un doppio segnale separato a due canali che viene inviato ad entrambe le orecchie simulando la spazialità sonora che si avrebbe quando noi ci troviamo in un qualsiasi ambiente.

Oggi grazie a nuovi sistemi di codifica digitale riusciamo a creare molti più canali audio, aumentando di conseguenza l’ambienza sonora ed il realismo.

Un esempio è il Dolby Surround, una tecnologia dei Dolby Laboratories, resa disponibile dopo i primi sistemi cinema negli impianti HI-FI di casa.
 
 

Il Dolby Surround utilizza quattro canali sonori; il sinistro, il destro, il canale centrale ed il surround (canale posteriore).

Il decodificatore (apparecchio che interpreta i segnali e li legge), Dolby Surround Pro Logic utilizzato in un sistema Home Theater, distribuisce il segnale codificato dei due canali stereo,  inviandoli ai quattro diffusori disposti nella sala.
 

In campo televisivo oggi si usa, oltre la stereofonia semplice (che solo la RAI in Italia ne fà uso) anche il Surround con la trasmissione di alcuni film codificati con tale sistema.

Purtroppo tutte la altre stazioni TV usano ancora il suono in mono, almeno nel nostro Paese, anche se via satellite, in digitale, i nostri canali (RAI, D+, e anche Mediaset) stanno facendo esperimenti in dolby surround, MpegII (DVB).

Anche in campo radiofonico c’è stata una notevole evoluzione, in quanto, il suono prima di essere trasferito in trasmissione viene sempre processato, pulito ed equalizzato con apparecchi digitali sofisticati; basta ascoltare la qualità sonora riprodotta dalle radio private Network più ascoltate.

Non dimentichiamo anche il cinema, perchè il suono che ascoltiamo nelle sale è anch’esso digitale utilizzando i vari sistemi  quali: Dolby A e Dolby Surround analogico, il Dolby Digital, il Digital Theather System (dts) e il SDDS della Sony.
 
 
 
 

MINIDISK

   In campo audio "casalingo", oltre alle audiocassette analogiche registrabili ed il CD, purtroppo non registrabile, sta prendendo piede il Minidisk con audio digitale registrabile.

Il supporto del minidisk, inventato dalla Sony, permette infatti di poter ascoltare e registrare musica con una qualità audio digitale pari a quella di un CD, ed avendo caratteristiche quali; una grande portatilità, una  grande velocità di ascolto e passaggio tra un brano ed un altro, una forte solidità ed una durata di registrazione discreta, ne fanno del minidisk un supporto veramente  notevole.
 

  Parliamo di seguito del sistema di lettura e scrittura che utilizza il funzionamento del laser ottico e successivamente della compressione audio sfruttata su questo supporto audio.
 
 

   La superficie del minidisk  è  caratterizzata   infatti,  da   una   particolare   ferrite terbio-cobalto che ha consentito di sviluppare un procedimento magneto-ottico di registrazione a basso consumo di energia permettendo, quindi, di cancellare i dati digitali più volte mantenendo l’ audio sempre pulito.

Questo è infatti possibile in quanto è presente un supporto magnetico, in quanto se avessimo un supporto completamente ottico come nel caso di un Compact Disk la registrazione risulterebbe molto più difficoltosa.

  Un’ altra caratteristica più importante, oltre alla tecnologia  usata per la registrazione, è il sistema di compressione audio, utilizzata  per ottenere  una  durata di  registrazione (74 min.) pari alla durata di ascolto di un CD che a parità di grandezza dovrebbe essere praticamente impossibile.

Infatti, la spiegazione di tutto ciò è che gli stessi dati audio di un CD vengono contenuti in un minidisk, mediante una compressione di 5:1 e sta a significare che
l’ 80 % dei dati vengono scartati. Questo tipo di compressione è chiamata ATRAC (Adaptive Transform Acoustic Coding), molto simile al nuovo audio MP3.
 

  Detto ciò si può subito dire che la qualità audio del minidisk non è affatto identica a quella di un CD, come invece si vuol far credere.

La compressione ATRAC infatti, è stata concepita per avere una risoluzione audio stereo a 16 bit 44.1 Khz in meno di un quinto del volume originale di un normale CD il tutto con una minima riduzione della qualità sonora.
 

   Partiamo, comunque, dall’osservazione che molti dei segnali che compongono un suono non possono essere uditi, o perchè sono di livello inferiore alla soglia dell’udito o perchè mascherati da segnali di livello molto alto.

La codifica ATRAC infatti, analizza il segnale impiegando una analisi matematica ovviamente digitale, condotta su segmenti di segnale di durata variabile in base alle caratteristiche del segnale.

Molti ricercatori ritengono che questo sistema di codifica non comprometta affatto il segnale audio.

In realtà, rispetto al suono di un CD, sembra che sul MD sia trascurata parte dell’ambiente creando un’immagine sonora particolarmente appiattita ed il riverbero totale abbastanza diluito, modificando in minima parte anche il timbro.
 

Sistemi simili di compressione audio sono stati utilizzati in passato dalla DCC, la cassetta digitale, quasi compatibile con le precedenti cassette analogiche, realizzata dalla Philips.

Purtroppo questo sistema non ha avuto alcun esito positivo, tanto che non è stato più prodotto nessun sistema di lettura e registrazione compatibile con il tipo di cassetta.

Anche la Discoteca di Stato utilizza, per i suoi archivi dei sistemi di registrazione con tecnologia di compressione audio simili al MD, in quanto permette di contenere la stessa quantità di informazione musicale in uno spazio molto ristretto.

Ora anche il nuovo sistema audio digitale MP3, che si trova in internet, utilizza questa compressione. Infatti, un brano audio, di qualità CD, della durata di 5 min. che normalmente occupa circa 50MByte (10 Mbyte al minuto), in MP3, occupa esattamente diviso 10, cioè circa 5 Mbyte, il che è una cosa eccezionale, soprattutto per scaricare un brano in internet con le velocità attuali.

LINK FILE MP3
 
 

    Possiamo concludere quindi dicendo, che grazie alle tecnologie elettroniche e al perfezionamento dei nuovi sistemi di registrazione e di riproduzione, oggi siamo in grado di ottenere delle ottime registrazioni anche nelle nostre case.

Basti pensare soltanto che inizialmente, il suono veniva registrato mediante procedimenti magnetici o meccanici e attraverso i microfoni (dispositivi in grado di convertire energia meccanica in energia elettrica) e gli altoparlanti (dispositivi in grado di convertire energia elettrica in energia meccanica) si creava un prodotto audio più o meno sufficiente.
 
 
 
 

                                                                                        By  Morris

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