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Il loudness [4]

Livelli audio e loudness

Livellamento e headroom
Come già accennato, il margine di livellamento e la headroom necessaria dipendono dalle caratteristiche del misuratore in uso. Laddove i VU meter necessitano di 18 dB di headroom, i PPM richiedono solo 9 dB. La headroom di 9 dB del PPM EBU è strettamente collegata ai QPPM che corrispondono alla norma ITU e al livello di allineamento specificato dalla raccomandazione EBU. L'utilizzo di strumenti con differenti caratteristiche dinamiche ovviamente darà luogo a diverse raccomandazioni per la headroom. La headroom deve essere considerata come un margine di riserva tra i livelli nominale e di clipping. Se si segue la raccomandazione europea, lo scambio di materiale è garantito, senza avere problemi di livellamento.
Dinamica utilizzabile - considerazioni oggettive e soggettive
Quando si parla di headroom o di footroom (rumore di fondo), la questione si aggrava sempre, per via della logica domanda se la dinamica del sistema risultante sia sufficiente per l'intero range dinamico dell'orecchio umano. In altre parole, quale livello di quantizzazione o quanti bit siano necessari per garantire la trasmissione di segnali musicali senza rumore percepibile. Una risposta a questa domanda si era avuta già in documento del 1985. Questa indagine fu condotta prima dell'avvento dei sistemi a bitrate ridotto, quali MiniDisc (ATRAC), MP2 ed MP3. I sistemi a bitrate ridotto non vengono dunque considerati in questo contesto. Se paragonati ai sistemi PCM (Pulse Code Modulation), i sistemi a bitrate ridotto evidentemente necessitano di una minore quantizzazione. Il fatto che, tuttavia, essi consentano registrazioni prive di rumore dimostra che, in questi casi, devono essere considerate altre caratteristiche qualitative. Nei sistemi PCM, il range dinamico di un sistema è definito come la differenza di livello tra il livello a piena scala e il livello di rumore intrinseco nel sistema. Il range dinamico, il rapporto S/N e il rumore di quantizzazione possono essere calcolati mediante questa formula:
S/N[dB] = 6n +2
Dove n rappresenta il livello di quantizzazione (in bit). Il valore calcolato, con il segno negativo, corrisponde al valore RMS del rumore di quantizzazione, relativo al livello di 0dBFS (il livello di fondo scala o di clipping di un sistema digitale). La tabella seguente mostra i valori RMS di rumore per tre quantizzazioni tipiche. Questi valori assoluti rappresentano il massimo range dinamico (in dB) per ciascuna delle tre quantizzazioni indicate.
Livello di rumore 16-bit 20-bit 24-bit
RMS (dB) -98 -122 -146
DIN 45405 (db) -90 -114 -138
ITU 468 (dBqps) -86 -110 -134
Rapporti S/N raggiungibili per differenti quantizzazioni e livelli di rumore
Se consideriamo una headroom di 9 dB e una footroom di 20 dB, i valori derivati del range dinamico sono indicati nella figura che segue come funzione della quantizzazione.
Range dinamico utilizzabile dei sistemi digitali PCM – oggettivo e soggettivo
In linea di principio, i valori di riferimento del range dinamico, il massimo livello di fondo scala del programma da una parte e il livello di rumore dall'altra, corrispondono a una certa pressione sonora dei segnali musicali. I relativi livelli di pressione sonora sono il massimo livello di ascolto e il livello di rumore appena impercettibile. Questi due livelli sono stati esaminati separatamente, nonostante il fatto che essi siano collegati l'uno con l'altro come caratteristiche di un sistema. I cinque test scelti (parlato femminile, maschile, orchestra, quartetto d'archi e musica rock) sono stati utilizzati solo per determinare il massimo livello di ascolto. I relativi segnali di rumore sono stati esaminati in assenza di segnali utili. Ciò significa che i rumori disturbanti sono stati valutati solo durante le pause, senza aver considerato l'effetto di mascheramento che si ha in presenza di un programma utile. Sono stati condotti esperimenti soggettivi con 20 ascoltatori normali in sedute individuali. L'impostazione del'ascolto corrispondeva ai requisiti di valutazione di un ascolto professionale, inclusi altoparlanti stereo e riproduzione in cuffia. I risultati dell'indagine sono riportati nella figura precedente. Nella parte di sinistra della figura, è indicata la relazione tra la quantizzazione e la dinamica del sistema per tre sistemi PCM lineari (16-bit, 20-bit e 24-bit). In ciascun caso sono stati inclusi la headroom raccomandata di 9 dB e il rumore di fondo di 20 dB. I risultati dimostrano che un sistema lineare a 16-bit, come un CD, soddisfa appena ai requisiti dell'orecchio umano per un ascolto in altoparlante. Nel caso di ascolto in cuffia, questi requisiti sono soddisfatti solo se si rinuncia ad avere abbastanza headroom, cosa generalmente diffusa per le produzione odierne su CD. Di conseguenza, per la produzione audio digitale di studio, dove headroom e footroom sono essenziali, i risultati del test mostrano che la produzione audio professionale necessita di sistemi ad almeno 18-bit.
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