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Disturbi ad alta frequenza nelle incisioni discografiche

Leggendo le recensioni presenti su questo blog, probabilmente avrete notato che spesso e volentieri le registrazioni trattate, soprattutto quelle effettuate tra gli anni settanta e novanta e indipendentemente dalla casa discografica, sono disturbate dalla presenza di un sibilo ad alta frequenza, circa 15 kHz. Tale segnale acuto e persistente è ben dentro la gamma di frequenze udibili dall’orecchio umano (16-20.000 Hz) e normalmente più si è giovani, più si è in grado di distinguerlo chiaramente. Le cause del disturbo possono essere diverse, tuttavia la frequenza che spesso si rileva è 15.625 Hz e corrisponde alla frequenza di scansione orizzontale del sistema televisivo PAL; è quindi probabile che il problema sia da imputarsi alla presenza di schermi a tubo catodico in sede di registrazione, magari usati come monitor. Chi ha avuto modo di usarli ricorderà sicuramente che i vecchi televisori a tubo emettevano un sibilo mentre erano accesi (a causa di risonanze nei componenti elettrici), ebbene si tratta proprio di quel disturbo lì, che però in una registrazione di alta fedeltà non dovrebbe esistere.

Esaminando le registrazioni con un analizzatore di spettro si è in grado di rilevare con precisione ampiezza e frequenza del disturbo, come mostrano le due animazioni che seguono, relative in questo caso al Largo (traccia 2) dell’album Dvořák: Symphonie No. 9 »Aus der Neuen Welt« – Karajan, 1985, serie Karajan Gold.

Analizzatore di spettro
Dvořák: Largo – Karajan, 1985 (0-20 kHz)
Analizzatore di spettro
Dvořák: Largo – Karajan, 1985 (15-20 kHz)

Come si può notare, è presente un picco intorno ai 15 kHz, visibile sulla destra nella prima animazione che mostra tutto lo spettro, e sulla sinistra nella seconda animazione che non è altro che un ingrandimento della gamma compresa tra 15 e 20 kHz.

Un problema legato al sibilo, che va oltre la questione della fedeltà che comunque non è di poco conto, è che potrebbe stancare l’ascoltatore soprattutto se utilizza gli auricolari, causando cefalea o ad accentuandone l’entità qualora fosse già presente; un effetto simile può verificarsi anche in presenza di un persistente rombo di sottofondo a bassissima frequenza (rumble), ma trattasi di una problematica diversa da quella che stiamo esaminando adesso.

Talvolta gli ingegneri del suono provvedono a sopprimere questo genere di disturbo in fase di masterizzazione adoperando un filtro arresta-banda (notch in inglese) a banda strettissima, centrato sulla frequenza del disturbo al fine di tagliar via solo quella; probabilmente lo fanno nei casi in cui è più evidente, ossia tipicamente quando il livello medio della registrazione è basso e quindi è più facile che il sibilo si noti, oppure quando il sibilo è troppo forte in assoluto. Anche questo intervento di rimozione è rilevabile usando l’analizzatore di spettro, il che significa che introduce una seppur minima dose di distorsione. Un esempio di registrazione in cui è stata apportata questa correzione è il Boléro di Ravel diretto da Karajan nel 1985 (DG 439 013-2, Karajan Gold). Osservando le due animazioni seguenti, si nota che in quella di sinistra non sono visibili anomalie, mentre nell’ingrandimento di destra si vede una valle intorno a 15.600 Hz, indice che è stato applicato il filtro notch.

Analizzatore di spettro
Ravel: Boléro – Karajan, 1985 (0-20 kHz)
Analizzatore di spettro
Ravel: Boléro – Karajan, 1985 (15-20 kHz)

Come detto, comunque, tendenzialmente i tecnici adottano un approccio prudente, evitando di maneggiare la registrazione (applicando filtri) più di quanto non sia strettamente necessario, proprio al fine di alterare il meno possibile il suono originale; la soglia oltre la quale intervenire è il vero nocciolo della questione e sicuramente qui entra in gioco non solo la competenza tecnica dell’ingegnere del suono ma anche la sua sensibilità personale che, per dirla tutta, è ciò che fa veramente la differenza. In generale comunque il principio di limitare gli interventi è assolutamente apprezzabile. Con riferimento alla registrazione di Dvořák precedentemente esaminata, personalmente avrei auspicato l’applicazione di un opportuno filtro arresta-banda limitatamente al Largo, che è il movimento caratterizzato dal livello medio più basso, e di conseguenza quello in cui il disturbo risulta più evidente e fastidioso.

Soluzioni

Risolvere questo problema per conto proprio è possibile, e si possono seguire fondamentalmente due strade: la prima consiste nell’estrarre il contenuto del CD nel computer, aprire il file audio con un’applicazione per l’editing audio, determinare l’esatta frequenza del disturbo utilizzando l’analizzatore di spettro (normalmente incluso nell’editor) e applicare un filtro notch per rimuovere la frequenza indesiderata. È evidente che questo procedimento richiede una certa dimestichezza con l’elaborazione dei segnali audio e non è quindi alla portata di tutti.

Una strada molto più percorribile è invece la seguente: considerando che ormai spessissimo si converte la musica in formato compresso (generalmente MP3) per poterla avere sempre con sé, è possibile sfruttare una caratteristica di un codificatore MP3 molto conosciuto, gratuito e di buona qualità, LAME, in modo che provveda a tagliare la frequenza indesiderata. In realtà l’intervento è abbastanza drastico in quanto taglia tutte le frequenze maggiori di 15.300 Hz, tuttavia il vantaggio di sbarazzarsi del fastidioso sibilo spesso compensa lo svantaggio di perdere le altissime frequenze al di sopra di detta soglia, le quali spesso sono già abbastanza deboli e vengono scartate automaticamente dal codificatore, che però normalmente si preoccupa di conservare il picco relativo al disturbo che vogliamo eliminare (proprio perché essendo un picco, il codificatore lo interpreta come un segnale da conservare). Per attivare il filtro descritto, che di fatto è un passa-basso, occorre aggiungere l’opzione --lowpass 15600 alla riga di comando del codificatore LAME (sì, il parametro è 15600 ma in realtà il filtro taglia a circa 15.300 Hz).
Chi utilizza Exact Audio Copy per estrarre e comprimere l’audio dei CD, può utilizzare la seguente stringa di parametri:

--preset standard -q 1 %islow%--lowpass 15600%islow% %crcenabled%-p%crcenabled% %source% %dest%

da inserire nel campo Additional command-line options (menù EAC > Compression Options…). Con questa stringa è possibile attivare facilmente il filtraggio impostando Low quality, oppure escluderlo selezionando High quality, come mostra la figura seguente.

Impostazioni di Exact Audio Copy

Domanda: ma senza un analizzatore di spettro, come si fa a capire se il disturbo è presente oppure no? Il metodo più semplice ed efficace è ascoltare: se il disturbo c’è ed è rilevante, si sentirà. Ovviamente ne sarà fatta sempre menzione nelle recensioni di questo blog; in più nella collezione è presente l’indicazione HFN (High Frequency Noise – disturbo ad alta frequenza) accanto agli album che presentano questo difetto.

Pre-emphasis nei CD audio

26 ottobre 2007 8 commenti

La pre-emphasis per i CD audio è una particolare equalizzazione che gli ingegneri del suono possono scegliere di adottare in sede di masterizzazione. Questa equalizzazione prevede, in breve, un’enfatizzazione dei toni acuti, che viene poi compensata in riproduzione; il lettore CD infatti può riconoscere che è stato adottato questo meccanismo grazie ad un’informazione appositamente inserita nel disco (un flag chiamato PRE, invisibile all’utente) e procede quindi a un’equalizzazione compensativa, detta de-emphasis.

Chi ha avuto a che fare con i nastri magnetici sa bene che esisteva una tecnica simile adottata proprio per i nastri, il Dolby Noise Reduction, che, per ridurre il rumore di fondo tipico delle registrazioni su nastro, prevedeva di amplificare i toni acuti del segnale in registrazione; per riprodurre queste registrazioni su nastro occorreva quindi attivare il circuito Dolby NR che operava in riproduzione attenuando i toni acuti nella stessa misura in cui erano stati amplificati in registrazione; l’attenuazione degli acuti in realtà aveva come effetto, in riproduzione, anche l’attenuazione di buona parte del rumore di fondo intrinseco del nastro, il che era proprio l’obiettivo che si prefiggeva il sistema Dolby NR.

Perché adottare la pre-enfasi nei CD? Probabilmente l’obiettivo era quello di ridurre l’effetto delle non linearità dei primi convertitori digitale-analogico alle alte frequenze, i quali non sempre erano in grado di ricostruire fedelmente il segnale audio a partire dai campioni digitali. Oggi la situazione è molto cambiata, sono disponibili dei DAC con prestazioni nemmeno paragonabili a quelle di trent’anni fa. Fatto sta che la maggior parte dei CD in commercio non fa uso di questa tecnica; personalmente possiedo qualche decina di CD audio di musica classica con pre-enfasi, specialmente della BIS, ma anche qualcosa della Naxos e Harmonia Mundi. Tra i dischi DG, Decca e Philips non ho mai trovato traccia di pre-emphasis. Si tratta comunque di una caratteristica che a mio avviso non migliora in modo percettibile la qualità sonora, a differenza del sistema Dolby NR per i nastri.

La pre-emphasis può procurare qualche difficoltà di riproduzione, e questo mi ha spinto a trattare la questione qui. Innanzi tutto ho constatato che un mio lettore CD portatile economico non è in grado di operare la compensazione, sicché il CD suona con gli acuti enfatizzati, analogamente a quanto succedeva quando si riproduceva un nastro registrato con il Dolby NR su un lettore che non disponeva del circuito Dolby NR. Ma lo svantaggio più pesante riguarda oggigiorno il salvataggio di questi CD nei computer (e di conseguenza nei lettori digitali portatili): con la maggior parte dei programmi di estrazione audio, infatti, si ottengono file audio (eventualmente MP3 o comunque compressi) non compensati.

Un modo semplice per verificare se in un CD sia stata effettivamente adottata la pre-emphasis consiste nel farsi generare un file CUE del CD utilizzando un programma di estrazione audio come Exact Audio Copy. Se nel file è presente l’indicazione FLAGS PRE in corrispondenza di una o più tracce, significa che ad esse è stata applicata la pre-enfasi.

Dopo qualche giorno di ricerche ho notato che uno dei programmi in grado di estrarre l’audio dai CD operando al volo la decodifica è iTunes della Apple. Si può specificare di comprimere l’audio estratto in MP3 e altri formati, oppure di salvarlo in formato WAV non compresso (per poi magari affidare le operazioni di compressione a codec diversi da quello di Apple); in ogni caso la compensazione viene effettuata in modo automatico e completamente trasparente all’utente: non viene notificato nulla, né esistono opzioni da configurare.
Esistono anche filtri, come ad esempio il Q10 della Waves, in grado di operare, tra le altre cose, la de-emphasis, ma si tratta spesso di software non gratuiti, diversamente da iTunes, e che richiedono la presenza di un programma di elaborazione audio installato.

Grafico tratto dal sito: www.picosound.de

FLAGS PRE