Powered by Jasper Roberts - Blog
Il loudness [3]

Livelli audio e loudness

Nel cinema e nel broadcasting europei vengono normalmente utilizzati degli indicatori di picco analogici (PPM). Essi usano un tempo di integrazione di 5-10 mS, e quindi non sono in grado di indicare i picchi di durata inferiore. Questa famiglia di indicatori è stata definita negli standard IEC 268 e DIN 45406.
I VU meter, di contro, non mostrano per niente i piccoli transienti, perché non si raggiunge lo spostamento del 99% se la durata del segnale è inferiore a 300 mS. Nel dominio digitale possono addirittura passare centinaia di campioni (samples) senza che aumenti il valore indicato da un PPM, né tanto meno da un VU meter, ma un sovraccarico può ugualmente provocare della distorsione di alias e anche altre spiacevoli alterazioni del segnale. Di conseguenza, i misuratori digitali basati sui campioni indicano una lettura di picco di 3-5 dB più alta di un PPM analogico e 16-20 dB più alta di un VU meter, anche quando su tutti gli strumenti si misura la stessa nota sinusoidale ad un livello di riferimento.
Livello di riferimento
Nel cinema, nonché nella produzione e post produzione digitali, viene definito un certo livello di riferimento o di allineamento per specificare il normale livello operativo. Il livello di riferimento è tipicamente il livello intorno al quale è centrato il dialogo. Esso è anche il livello standard per i toni di allineamento. In Europa il livello di allineamento è -18 dBFS (EBU R68-2000), negli Stati Uniti è -20 dBFS (SMPTE RP155).
Il livello oltre lo 0 dBFS
È stato recentemente dimostrato che i picchi superiori a 0dBFS (0dBFS+) derivano spesso e volentieri dai CD commerciali, la qual cosa avviene sempre più di frequente, e che tali picchi possono creare una ovvia distorsione in apparati consumer, così come in quelli professionali, per via delle conversioni di dominio e della profondità di campionamento, dei processori di dinamica e gli encoder/decoder di conversione dati. Picchi oltre lo 0dBFS avvengono centinaia di volte nello stesso brano nelle recenti pubblicazioni musicali, lasciando così l'apparato di riproduzione o i codec di riduzione dati in uno stato di distorsione più o meno permanente. Le figure di distorsione possono ammontare anche a più del 10%, cosa che porta a un crescente affaticamento nell'ascolto.
CARATTERISTICHE DEI MISURATORI DI LIVELLO
Abbiamo accennato ai diversi comportamenti degli indicatori di livello (o di programma). Vediamo ora di approfondire l'argomento, in quanto una corretta definizione di loudness non può prescindere dalle modalità con le quali i livelli vengono analizzati, prima ancora che tenuti sotto controllo.
Livello di allineamento
La raccomandazione ITU-R BS.645-2 definisce il livello del programma per mezzo di un segnale di allineamento (sinusoide a 1KHz). Il livello specificato della sinusoide corrisponde approssimativamente al livello a piena scala (Full Scale) del programma, in termini di loudness.
Raccomandazioni per i livelli audio digitali e analogici Livello di allineamento (AL) -9 dB (35%) Livello nominale (PML)a 0 dB (100%)
ITU-R BS.645-2 Livello di trasmissione (internazionale) O dBub +9 dBu
ARD HFBL-K Livello di studio (nazionale) -3 dBu (adattamento +6 dBu (adattamento)
Livello di riferimento USA (nazionale)   +4 dBu (adattamento)
EBU Livello digitale Trasmissione e studio (internazionale) -18 dBFS -9 dBFSc
  1. PML = livello massimo permesso
  2. 0 dBu = 0.775 V rms (sinusoidale) = 1.1 V p.p.
  3. dBFS = livello di clipping (FS = Full Scale)
Poiché il segnale di allineamento è statico, esso può essere misurato per mezzo dei tipici misuratori RMS e anche mediante specifici misuratori. Bisogna notare che il livello di allineamento analogico (AL) e quello nominale (o PML), sono diversamente specificati a causa delle diverse raccomandazioni internazionali in uso. Nel caso di canali audio digitali, la relazione tra il segnale di allineamento e il livello di clipping o di fondo scala era già stato specificato nella raccomandazione EBU R68-1992. Quando si segue questa raccomandazione, la differenza tra il livello di fondo scala (o di clipping) e il livello di allineamento è 18 dB. In altre parole, il livello di allineamento deve essere -18dBFS.

Misuratori di programma audio per il broadcasting
Nella tabella che segue, e nella successiva figura 1b è possibile vedere i molti tipi di misuratori, con caratteristiche dinamiche ampiamente diverse, che sono utilizzati al giorno d'oggi.
Tipo di misuratore Raccomandazione PML 100% Livello Limite Scala Tempo di integrazione Tempo di fall-back Picchi invisibili
VU Meter ANSI C 16.5 IEC 268-17 0 VU +0 dBu   -20 a +3[dB] 300 mS/90% 300 mS/10% +13…+16[dB]
DIN PPM (QPPM) DIN 45406
IEC 268-10/1
ARD Pfl.H.3/6
0 dBr +9 dBu +16 dBr +25 dBu -50 a +5[dB] 10 mS/90%
5 mS/80%
20 dB/1.5s = 13 dB/s +3…+4[dB]
BBC PPM (QPPM) IEC 268-10 / IIa ‘6' +8 dBu   1 a 7[dB] 10 mS/80% 24 dB/2.8s = 8.6 dB/s +4…+6[dB]
EBU PPM Std (QPPM) EBU 3205 E
IEC 268-10 / IIb
+9 dB
+9 dBu
  -12 a +12[dB] 10 mS/80% 24 dB/2.8s = 8.6 dB/s +4…+6[dB]
EBU Digi PPM (QPPM) EBU IEC 268-18 -9 dBFS 0 dBFS -40 a 0[dB] ≤5 mS/80% 20 dB/1.7s = 12 dB/s +3…+4[dB]
IRT Digi PPM (QPPM) IRT proposal 0 dBr 100% ≤+10 dBr -50 a +10[dB] 5-10 ms/80% 20 dB/1.7s = 12 dB/s +3…+4[dB]
NOTA: Livello Massimo permesso (PML): Modulazione 100%=+9dBu=-9dBFS per linee di trasmissione = + 6dBu ARD Livello Nominale di Studio
Fig. 1a Misuratore PPM broadcast raccomandato
Mentre in America e Australia sono molto utilizzati i VU meters, il misuratore di picco (PPM) viene raccomandato in Europa dalla EBU. Il dettaglio di questo tipo di misuratore si trova nelle specifiche seguenti:

IEC 268-10 (PPM analogici)
IEC 268-18 (PPM digitali)

La categoria IEC di misuratori di picco è anche detta quasi-peak programme meter (QPPM), categoria che trascura tutte le variazioni del segnale di breve durata. Per i PPM digitali, la EBU raccomanda quasi le medesime caratteristiche dinamiche descritte nella norma IEC 268-10 (tipo I).
A partire dall'introduzione della tecnologia audio digitale nel broadcasting, i numerosi ma non sempre standardizzati con precisione indicatori PPM hanno causato solo confusione. Oltre che nelle differenti scale, questi PPM differiscono innanzi tutto per le loro caratteristiche dinamiche, descritte dai parametri attack time (o tempo di integrazione) e fall-back time (o tempo di caduta).

Fig. 1b caratteristiche dinamiche di differenti misuratori broadcast
La tabella precedente, come detto, elenca i PPM attualmente utilizzati in Europa. Riguardo al disegno della scala, l'indicazione di fondo scala (100%=0dB), e anche la relativa headroom, dovrebbero tenere conto del tempo di attacco del misuratore.
Per esempio, il VU meter, che può essere considerato relativamente lento, ovviamente necessita di un'appropriata headroom a causa dei picchi invisibili di segnale. Di conseguenza, la differenza tra l'indicazione del 100% e il livello di allineamento dovrebbe essere inferiore che nel caso di altri tipi di misuratore.
 
Nel caso di un misuratore digitale molto più rapido, come il sample programme meter (SPPM), invece, teoricamente non c'è necessità di alcuna headroom. Questi particolari misuratori sono indicati esclusivamente per controllare i picchi di segnale in rapporto al clipping ma non sono indicati come QPPM per le normali operazioni di livellamento. Per esempio, segnali con un grande contenuto di picchi tenderebbero a essere sotto-livellati, mentre segnali molto compressi con un contenuto di picchi limitato tenderebbero a essere sovra-livellati; questo può tradursi in forti salti di loudness.
L'utilizzo di misuratori di livello non standardizzati è ampiamente diffuso nel campo dell'audio digitale. Se i tecnici del suono hanno una certa familiarità con un particolare misuratore, l'utilizzo di un apparecchio non standard può produrre gravi errori nel livellamento, come clipping e salti di loudness. Poiché gli strumenti non standard offrono una gamma di caratteristiche molto ampia, è difficile familiarizzare con essi e acquisire esperienza sufficiente nel livellamento.
Allo scopo di evitare confusione, la IRT raccomanda che il disegno della scala del PPM digitale sia adattata a quella del misuratore QPPM analogico. Ciò significa che l'indicazione del 100% deve trovarsi 9dB al di sotto del fondo scala.
Copyright © 2000- Vincenzo Ferrara