Clipping

Can 0.1 dB really make that much difference? *Analog Devices question

Clipping soft vs hard

Chi ha collezioni di registrazioni analogiche di concerti unici e irripetibili su supporto magnetico o semplicemente dischi in vinile che secondo logica discografica, non vengono digitalizzati perché non commercialmente appetibili, necessariamente deve provvedere in proprio a tale compito e nel modo migliore possibile. Nel passaggio tra mondo analogico vs digitale vanno considerate alcune differenze fondamentali per eseguire un buon lavoro.

I circuiti analogici si saturano abbastanza all'improvviso su un intervallo ridotto ma la forma d’onda risultante può essere dolce, diversamente la saturazione in un convertitore A/D è praticamente verticale e spiacevolmente tagliente, insomma, il contrario di ciò che serve in un ascolto musicale.

Per portare un esempio reale ho ritagliato 3 creste sinusoidali: al centro la forma d’onda 1 KHz generata in uscita Visual Analizer, ai suoi lati la stessa in seguito ad un clipping di 1 dB. Lato sinistro generato da amplificatore Taliesin, classe A senza controreazione (vedi pagina amplificazione). Lato destro generato da A/D converter Tascam DR-05X (più avanti nella pagina).

Fin qui “niente di nuovo sotto il sole” sappiamo bene che il clipping analogico è soft mentre quello digitale è hard, ma la lettura di un articolo pubblicato da Analog Devices (https://www.analog.com/en/analog-dialogue/raqs/raq-issue-96.html) con un incipit terroristico "Can 0.1 dB really make that much difference?" dimostra che un aumento del livello di 0,1 dB alla soglia del clipping di un convertitore A/D può causare un peggioramento superiore di 40 dB sulla distorsione THD !

Detta così si può pensare ad una fake da internet, ma Analog Devices è uno dei massimi produttori di tali dispositivi non può permettersi simili fake.

La conferma si può avere eseguendo gli stessi test realizzati nei laboratori Analog Devices, loro hanno probabilmente un banco test audio della Brüel & Kjær, ma più parsimoniosamente posso avviare l’onnipotente Visual Analyzer per verificare le loro affermazioni

Analizzando in dettaglio il passaggio dalla zona -3 dB (nei limiti di lavoro A/D converter), alla zona +0,1 dB utilizzando in parallelo a Virtual Analyzer anche Audacity con la sua rappresentazione grafica dei campioni, la forma d’onda rappresentata in Audacity è puramente accademica, serve solo ad osservare il valore dei 48 campioni / periodo (campionamento 48 KHz / tono 1 KHz).

Risulta che la forma d’onda +0,1 dB leggermente smussata (Visual Analyzer) corrisponde a 9 campioni in overload, rosso, su 48 dell’intero periodo (Audacity). Tutto sommato il danno non sembra così drammatico come enunciato da Analog Devices.

In realtà non è questo il vero problema, non vedremo mai nulla nel dominio del tempo, questo rappresenta solo l’innesco del problema, il vero disastro lo possiamo vedere solo nel dominio della frequenza, questo piccolo problema del +0,1 dB innesca il caos sull’intera banda audio da 20 a 20 KHz, la THD al clipping aumenta in modo esponenziale, passando da THD 81,9 dB [-3 dB] a THD -44,5 dB [+0,1 dB], le armoniche dispari, generate dalla squadratura di cresta, esplodono letteralmente, la IIIa armonica passa da -87 dB a -40 dB.

Le verifiche fatte con l'analizzatore di spettro di Visual Analyzer confermano spietatamente quanto enunciato da Analog Devices: un aumento del livello di 0,1 dB alla soglia del clipping di un convertitore A/D può causare un peggioramento superiore di 40 dB sulla distorsione THD !

Si potrebbe osservare che sarebbe semplice con gli strumenti presenti nell’editor audio manipolare la forma d’onda per ripristinarne il livello eliminando il taglio netto. Considerazione corretta, ma è un operazione di semplice maquillage estetico in quanto il risultato non cambia, correggere a posteriori il tono 1 KHz non cancella i disturbi creati e registrati sul supporto digitale.

Per confermare porto in esempio un operazione che va oltre la semplice correzione del tono 1 KHz, lo attenuo di 85 dB, interponendo un filtro FIR High Pass da 1.5 KHz, Visual Analyzer consente di interporre al segnale qualsiasi tipo di filtro personalizzabile.

Il risultato è che mentre la fondamentale collassa di 85 dB i disturbi da lei stessa generati rimangono intonsi ed oltretutto, a maggior beffa, adesso non vengono più mascherati dalla fondamentale ormai assente, ma si possono ascoltare nitidamente con i loro fischi e pernacchie.

In pratica una volta fatto il danno dello 0,1 dB non se ne esce in alcun modo !

L’esecuzione del test con visual Analyzer è alla portata di tutti, consiglio verificare con questa misura l'attendibilità della scala VU meter del proprio Digital recorder in quanto come provato basta un errore di 0,1 dB per rovinare una registrazione magari unica e non ripetibile !

Fondamentalmente si svolge in due fasi: