Speculazioni tecniche sul mondo dell'Hi-FI

[brcondor]

Ciao a tutti,
Non so se è la sezione più adeguata per postare questa mia riflessione, ma io ci provo.
Sono uno studente di Ing. Biomedica, e forse la mia formazione(abbastanza ad ampio raggio) mi ha portato a pormi alcune domande sul mondo dell'hi-fi... Stavo riflettendo l'altro giorno guardando le lucine sul mio dac(un dac-magic) sul perchè un segnale audio dovrebbe essere campionato a 192 khz. A meno che non abbia capito qualcosa su cosa faccia il mio bel dac, non capisco a cosa serva spingersi così in alto col campionamento.
Per il th di shannon sul campionamento, un frequenza di campionameno pari al doppio della frequenza massima presente nel segnale permette la riproduzione perfetta del segnale di partenza. Questo viene usato e sfruttato in campio biomedicale, campo dove NON SI PUO' sbagliare. Mi spiego meglio, se uso una frequenza di campionamento troppo bassa per un segnale audio e lo sento male, non rischio di morirci; ma se sbaglio a filtrare e campionare un segnale ECG, potrei uccidere il povero sfortunato su cui ho scoperto il mio errore.
Una seconda considerazione la volvevo fare sugli mp3. Per qual motivo dovrebbero avere una resa "diversa " da un file flac? L'orecchio umano mi pare arrivi fino a 22khz, quindi un segnale audio "non compresso" o uno sottocampionato a 44001 hz dovrebbero essere lòa stessa cosa per un ascoltatore...
Mentre dal punto di vista ingegneristico queste cose mi sono più o meno chiare(frequenze, campionamenti, filtraggi), dal punto di vista hi-fi non le ho mai studiarte qyuindi magari sto prendendo una sonora cantonata, può essere.
Questo "misticismo" intorno alla tecnologia hi-fi però DEVE essere sfatato, dato che più che misticismo mi sembra un marketing che affonda le sue radici nella generale ignoranza dell'utenza(dal punto di vista puramente tecnico, non so quanti di voi abbiamo dato esami di elettrotecnica, elaborazione di segnale, elettronica, strumentazione etc)...

[chiaro_scuro]

Per qual motivo dovrebbero avere una resa "diversa " da un file flac?

Perchè le informazioni vengono dalla frequenza di campionamento ma anche dalla risoluzione del campionamento, risoluzione che con l'mp3 è drasticamente ridotta anche se in maniera "intelligente" (in base a seri studi di psicoacustica).

Detto questo sono convinto che un mp3 a 320kbs e un wav in un buon impianto ma ascoltato a volumi condominiali siano davvero difficili da distinguere e con certa musica molto compressa sia indistinguibili anche a volumi corretti (live).

In campo hi-fi non è tanto il fatto che si esagera ma che ci si inventa anche cose inesistenti e sono soprattutto queste a fare mercato

Ciao.

[brcondor]

Perchè le informazioni vengono dalla frequenza di campionamento ma anche dalla risoluzione del campionamento, risoluzione che con l'mp3 è drasticamente ridotta anche se in maniera "intelligente" (in base a seri studi di psicoacustica).

Quindi tu dici che 192 kbs è la risoluzione di campionamento? Sei sicuro? Io son abbastanza convinto che quando si parla di kbs si intenda una frequenza, dato che anche l'unità di misura(eventi al secondo) è quella di una frequenza.
"La quantità di bit con cui converte il convertitore determina la risoluzione della conversione e del campionamento"(googlando)...

Mi spiace, ma la psicoacustica, come la psicologia, non è altro che speculazione... Io ti parlo di fisica, di matematica, di calcolo numerico.
Non si riesce a capire realmente il funzionamento del cervello in task molto piu semplici e meno astratti della percezione del suono...

[Maxti]

Quoto quello che ha detto chiaro_scuro, anche secondo me molto lo fa il marketing associando per forza a frequenze di campionamento maggiori e risoluzione elevate qualità maggiori nell'ascolto.
Per quanto riguarda la compressione mp3 e in altri formati in realtà quello che conta più che la frequenza massima e minima (ovviamente devono essere pari ai limiti dell'udibile) è la tecnica con cui viene compresso il segnale, quindi con che risoluzione, se variabile in base al segnale o fissa e con che criteri psicoacustici viene elaborato il segnale prima di essere compresso.
Poi secondo me dipende dall'orecchio di chi ascolta, dalla bontà della catena audio ecc...

[Maxti]

Quindi tu dici che 192 kbs è la risoluzione di campionamento?

Cosa intendi per risoluzione di campionamento? 192kbps è la quantità di bit immagazzinati in un secondo, non è per forza legata alla frequenza di campionamento (puoi avere una frequenza di campionamento più alta ma con meno bit per campione e viceversa).

Per quanto riguarda la psicoacustica non è speculazione, ma la scienza che studia la percezione del suono dal punto di vista umano, basta pensare alle curve isofoniche, all'effetto del mascheramento, alla soglia di udibilità ecc...

[chiaro_scuro]

Quoto maxti.

Kbs indicano la quantità di bit e non la frequenza di campionamento e la psicoacustica è una cosa seria al pari della matematica e della fisica, che poi venga utilizzata malamente dal marketing è un altro discorso (anche la fisica viene utilizzata malamente ).

Ciao.

[brcondor]

Boh, io ho un punto di vista molto scettico su tutto ciò che non possa essere quantificato e studiato in maniera esatta. La fisica è usata anche in maniera impropria, ma la propagazione di un'onda nel vuoto è qualcosa di oggettivo, può essere studiato e modellizzato in maniera esatta(o numerica in base alla complessità della geometria dello spazio, ma non è questo il punto). Gli organi uditivi variano da soggetto a soggetto, quindi non penso che sia così immediato dire qualcosa di "assoluto" o certo(o almeno, le nostre conoscenze non lo permettono).
Penso alla mia tesina sull'EEG: le difficoltà maggiori nello studio di un tracciato EEG sono la non comprensione del significato intrinseco del tracciato e l'enorme variabilità tra due soggetti diversi, o anche nello stesso soggetto in momenti temporali diversi.
Cosa intendete per quantità di bit? Un file mp3 a 192 kbs cosa vorrebbe dire?
E cmq, andando a filtrare le frequenze dello spettro superiori a una fissata(22khz ad esempio) non andiamo a interferire sul contenuto in frequenza delle frequenze minori a quella di taglio del filtro... quindi in linea teorica un file mp3 e uno flac dovrebbero suonare in maniera equivalente per noi, pur avendo uno spettro diverso... A meno che trasformare in mp3 non voglia dire filtrare a 22khz ma tagliare informazionia caso per diminuire la dimensione...
Appena ho un po' di tempo sarei curioso di fare qualche prova con matlab...

[dwaltz]

Se il tuo dac parla di 192 khz è una indicazione di frequenza e basta e non ha nulla a che fare con i 192 kbit che una misura del rate di compressione di un mp3 o file compresso in altro modo.

Anzi normalmente il 192 khz li hai da unita ad alta definizione come SACD o file FLAC in streaming da un server che "sa gestire" i 192 khz, non di certo da un lettore CD standard men che meno ad un mp3.

E sì il 44 khz sono quanto basta per l'orecchio umano.
Una volta ho letto che nei bambini piccoli si registra qualche attività cerebrale anche sopra i 22 khz. Da vedere cosa poi uno sappia distinguere.
In pratica tutti gli adulti danno risultati totalmente random in test in doppio cieco fatti sopra i 22 khz e spesso anche molto meno, tanto che 16 khz è un valore di soglia tipico di un orecchio stressato dalla città (una periodo speso in rifugio in montagna può aiutarti a recuparare qualcosa).

Poi nel mondo dell'hifi c'è chi sente delle differenze e chi è scettico e ... e si finisce a litigare sul fatto se un blind test sia valido o se gli errori vengano dalla fatica di ascolto.

Ora i dac e le registrazioni stanno migliorando: da vedere se con con una catena adeguata forse la differenza tra i 44 e i 48 si possa effettivamente talvolta riconoscere in blind.
Di certo più sali meno differenza riesci effetivamanete a distinguere, e salire a 96 o 192 khz diventa probabilmente ancora meno utile.

[chiaro_scuro]

Per campionare un segnale ci si basa sulla frequenza del campionamento e sui bit che lo descrivono. 16bit corrispondono a 65536 livelli possibili mentre 24bit possono leggere 16777216 livelli. Diciamo pure che un 24 bit/96KHz è tutto quello che ci serve e per esprimerli ci vogliono impianti di livello elevato in ambienti di livello altrettanto elevato. Da tenere presente che nel momento in cui il segnale viene trasformato in analogico difficilmente si riesce a raggiungere una dinamica equivalente a 20 bit, quindi i 24 bit saranno in ogni caso esagerati e sprecati.
Con impianti e ambienti più terreni bastano e avanzano i 16 bit/48KHz.
Tuttavia, considerando che ormai "costa" poco avere un buon DAC da 24/192KHz allora perchè non spostarsi su file da 24/96 KHz che è un ottimo compromesso tra qualità e dimensione dei file?

Ciao.

[Maxti]

Se non erro avere un'alta frequenza di campionamento aiuta ad allontanare le repliche del segnale in uscita da un segnale campionato, quindi ad avere meno interferenze tra le repliche adiacenti e utilizzare filtri meno complessi. Tra l'altro per lo stesso motivo si utilizza su molte elettroniche (lettori cd o dac) sovracampionare il segnale di 2 o 4 volte nonostante la banda sia sempre 20khz.

[brcondor]

No è un po' diverso.
IL discorso è questo. Io so che il mio segnale ha una banda di 0-25khz. Non posso campionarlo a 50khz. Perchè può essere che a 28khz c'è un qualche rumore. Dato che lo spettro campionato si ripete, avrei una sovrapposizione del mio segnale col rumore a una frequenza di 3khz. Quello che si fa quindi è filtrare cmq il segnale a 25khz per evitarlo. La sovrapposizione che dici te è l'aliasing. Sovracampionare di 2-3 volte è una sciocchezza immane che qualsiasi persona un minim0o competente sconsiglierebbe, si filtra SEMPRE il segnale prima di processarlo

[Maxti]

Sovracampionare di 2-3 volte è una sciocchezza immane che qualsiasi persona un minim0o competente sconsiglierebbe, si filtra SEMPRE il segnale prima di processarlo

Non vedo cosa c'entri il sovracampionamento con il filtraggio che comunque viene sempre fatto.
Mi dispiace contraddirti ma il motivo del sovracampionamento è esattamente quello, per quanto riguarda il filtraggio del segnale è ovviamente già stato fatto in fase di campionamento . Quello che fai non è altro che inserire dei campioni nulli o interpolati per evitare che le repliche siano troppo vicine. Tieni conto che ci sono anche delle distorsioni quando ricostruisci il segnale che aumentano con del ripple la larghezza di banda.
In qualsiasi caso di campionamento il filtraggio del segnale a monte del campionamento è ovviamente sempre presente e quindi lo considero implicito nella fase di conversione.

Comunque basta cercare in rete e vedrai che ci saranno scritte le stesse cose.

[brcondor]

Tieni conto che ci sono anche delle distorsioni quando ricostruisci il segnale che aumentano con del ripple la larghezza di banda.

Boh forse non riesco a spiegarmi o non riesco a capirti.
Se tu filtri a 25khz, non avrai nulla nello spettro dopo(ovviamente se filtri a modo). Tornando al mio esempio di lavoro(lavoro che sto facendo io quindi so di quel che parlo), la banda dell'EEG varia da 0.1 a 50-60 hz(in qualsiasi soggetto fisiologico), il mio segnale iniziale era non filtrato e a 256 hz di sample. Io ho prima filtrato a 45 hz(mi interessavano le bande 8-13 hz e 13-30 hz), poi ho sottocampionato a 100hz. Guardando lo spettro, a patto di usare il filtro giusto, vedi come la potenza al di sopra dei 45 hz nei miei segnali(ho 300 immagini per le presentazioni varie se ti interessa) decada paurosamente anche di 60 db.
Avere 256 hz non mi portava alcun beneficio, comportava solo tempi piu lunghi di elaborazione(ho 24 canali per 15 pazienti, ogni tracciato dura almeno 15 minuti, a 100 hz sn 90.000 campioni, a 256 hz sono quaSI Il triplo).
Quello che volevo chiedere io all'inizio è: sti benedetti mp3, a che frequenza sono stati campionati? A che frequenza filtrati? DOVE si è persa informazione utile(in quale passaggio)? Passare da 256 hz a 100 hz portava file di dimensione di 30 mb a file di dimensione di 5-6 mb, tutto ciò senza alterarne la qualità.
Quello che dicevi tu, di aggiungere valori, si chiama zero padding, e viene fatto per motivaZioni diverse da quelle che adduci tu: viene fatto per poter usare l'algoritmo della FFT(fast fourier trasform), algoritmo che richiede che il numero di campioni sia potenza di due, oppure per eliminare manualmente parte di segnale chiaramente corrotto(vistosi artefatti, il paziente che si gratta la fronte ad esempio).
Rispettando Shannon non serve aggiungere zeri o valori raNdom in mezzo, perchè shannon è una condizione necessaria per non avere modificazione del segnale

[Maxti]

Quello che volevo chiedere io all'inizio è: sti benedetti mp3, a che frequenza sono stati campionati? A che frequenza filtrati? DOVE si è persa informazione utile(in quale passaggio)?

Non puoi risalire alla frequenza a cui sono stati campionati solo sapendo la bitrate. Per quanto la perdita di informazione ti è già stato detto che è stata persa nell'applicare le tecniche di psicoacustica (in rete trovi esempi di alcuni tecniche applicate come per esempio il mascheramento in tempo e frequenza), e nella quantità di bit che vengono utilizzati per campione. Puoi pensare per esempio alla dinamica del segnale, bassa dinamica = pochi bit per campione e viceversa.

Per quanto riguarda il sovracampionamento non capisco perchè ti ostini a non credermi, non sono io che lo dico, basta che certi in rete. Poi la questione della fft è giusto ciò che dici ma non c'entra con quello che intendevo io.

Ah, per la cronaca, non sei l'unico ad aver studiato questi argomenti

[brcondor]

:P, Lungi da me pensare di essere l'unico ad aver studiato queste cose. E' cmq un argomento di nicchia e poco interessante per chi nn lo fa per lavoro/studiato per necessità.