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Digital Conversion

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La conversione digitale

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LA CONVERSIONE DIGITALE
QUANTIZZAZIONE E CAMPIONAMENTO

di Roby Rocks
pubblicato su
www.robyrocks.it
il 6 novembre 2019

Frequenza di campionamento e Quantizzazione sono due concetti molto importanti che di fatto, sono alla base del suono digitale, nonché la vera e unica grande differenza tra digitale e analogico.

Analogico e Digitale

Come sappiamo i sistemi analogici trattano e processano direttamente il segnale (ossia gli impulsi elettrici) che dai pickup della chitarra giunge all’input dei vari pedalini e amplificatori.
Il
sistema digitale invece (come suggerisce il termine informatico digit equivalente in italiano a cifra o numero) non elabora direttamente il segnale elettrico in ingresso, ma prima lo converte in una serie di numeri (il codice binario composto da 0 e 1) ed una volta “digitalizzato” lavora con la sequenza di numeri risultante.


I Convertitori A/D

Per trasformare il segnale da analogico a digitale servono dei Convertitori A/D (chiamati anche ADC) che appunto analizzano il segnale analogico in ingresso, e in tempo reale lo convertono in codice binario.
I tipi, i modelli e la qualità dei convertitori attualmente in commercio sono innumerevoli, si va dai più economici presenti nelle schede audio da 100 euro ai più professionali presenti in schede da 1000 euro o più; ma di fatto sono tutti accomunati da due soli concetti:
Quantizzazione e Frequenza di Campionamento.
Quante volte ci è capitato di leggere nelle specifiche di un apparecchio digitale (come un software o una pedaliera o un file audio) diciture del tipo:

44100Hz - 16 bit,
48000 Hz - 24 bit,
96 KHz - 24 bit…

Sono infatti queste due misure che definiscono la “
definizione” ossia la fedeltà, di un segnale digitale rispetto al suo rispettivo analogico.

Il Campionamento

Il Campionamento o meglio la Frequenza di Campionamento di un convertitore viene espressa in Hertz, e in pratica definisce quante volte al secondo il segnale viene “fotografato.


Analogamente al mondo del cinema si pensi ai fotogrammi al secondo di un video: sono di fatto tante istantanee che se riprodotte in sequenza danno l’illusione del movimento, più fotogrammi ogni secondo ci sono e più i movimenti sembreranno uniti e fluidi. Nel audio digitale è la stessa cosa: quanto maggiore sarà la frequenza di campionamento, tanto sarà il numero di “foto che il convertitore farà al segnale analogico e di conseguenza il dettaglio. Nella pratica e per fare un esempio, quando troviamo scritto 48KHz significa che il convertitore effettua 48.000scatti” al secondo.

La Quantizzazione

La Quantizzazione del segnale viene espressa in Bit, e serve per definire l’intensità del segnale per ogni specifico campione (o fotografia come l’abbiamo chiamata un attimo fa).


Come sappiamo un’onda sonora è definita da frequenza e ampiezza; la frequenza è la quantità di oscillazioni che fa al secondo, mentre l’ampiezza è l’intensità o semplicemente il volume della stessa. Nasce quindi il bisogno di quantificare queste variazioni di ampiezza andando appunto a definire il “livello di volume” per ogni singolo campione, e dal momento che il digitale lavora solo con numeri interi e definiti (0 e 1) l’ampiezza di un onda viene suddivisa in vari stadi, i bit appunto. Ed anche in questo caso, quanto maggiore sarà il numero di bit tanto maggiore sarà la precisione e la fedeltà di rispetto all’onda sonora analogica.
Per fare un esempio analogo al mondo della fotografia, se la risoluzione si occupa di tagliuzzare e suddividere la foto in tanti pixel, la quantizzazione., ossia i bit, si occupa di definire il colore per ogni tassello. Pochi bit significa pochi colori, molti bit significano molte sfumature di colore. Ad esempio una foto ad 1 bit può essere solo in bianco e nero (0 e 1), una foto in 4 bit può presentare fino a 16 colori diversi, e una da 16 bit ne ha 256 e via dicendo.


Conclusioni

Quindi per terminare, abbiamo capito come Frequenza di Campionamento e Quantizzazione sono i due principi della conversione digitale e la combinazione di queste due elaborazioni permette ad un convertitore digitale di definire un segnale analogico. Fondamentalmente più alti sono questi valori maggiore sarà la fedeltà e minore la perdita di informazioni.


Ovviamente c’è da dire anche che più si aumentano questi valori e maggiore sarà il carico di lavoro del processore e potrebbero presentarsi latenze (ossia il tempo necessario per convertire il segnale, quindi un ritardo tra input e output) anche molto pesanti, ma questo dipende dal tipo di macchina su cui stiamo lavorando.

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