Test of Digital Audio Product – II

Come promesso nella parte I di questa serie di articoli cominciamo ad analizzare i generatori di tono e rumore per capire quali i migliori e più utilizzabili per i test di attrezzature hardware e software audio, in questa serie di prove sono analizzati 5 generatori di tono, mano a mano che si trova la possibilità di testarne altri, verranno presto discussi e comparati in questa serie di articoli. I migliori saranno sempre presi come riferimento per tutti i test hardware e software.

TEST TONE ( 1 Khz )

Tone Generator di Steinberg Wavelab 6 comparato al Tone Generator Weiss Saracon

Di seguito gli FFT di risposta in frequenza e spettrogramma del Tone Generator a 1 Khz di Wavelab 6 comparato con uno dei migliori SRC attuali, il Weiss Saracon per i principali campionamenti e quantizzazioni ritenuti utili. Verrà sempre indicato prima il valore di quantizzazione poi il valore del campionamento, esempio una quantizzazione a 16 bit e campionamento a 44.1 Khz sarà 16-44.1. Verrà sempre mostrato prima la risposta in frequenza e poi lo spettrogramma.

16-44.1

Wavelab 6

16-44.1.jpg

Weiss Saracon

16-44.1.jpg

A 44.1 Khz che il generatore sia Wavelab 6 o Saracon, la linea prima del 1000 hz evidenzia il fatto che la risoluzione a 44.1 non è adeguata per frequenze medio-basse, basse e di basso valore dB ( dinamico ). Come si vede dall’FFT del Wavelab 6 la linea sotto i 1000 hz ha una dinamica media inferirore rispetto a quella sopra ( > 10 dBFS di media ). Nel generatore del saracon lo si nota dalle forti alterazioni presenti in bassa frequenza molto più presenti che in qualsiasi altro range di frequenze.

A livello qualitativo il generatore tonale di Wavelab 6 è molto più lineare come distorsione armonica sotto la fondamentale a 1000 hz a parità media di dinamica ( – 145 dB ), mentre sopra alla fondamentale apparentemente sembra più disarmonico e con forti comb filtering fino alla frequenza più alta, in realtà questo livello di alterazione armonica rimane contenuto con un valore medio a – 150 dBFS, mentre la più lineare distorsione armonica del saracon ha un livello medio di – 144 dBFS.

La sinuoide a 1000 hz è stabile per tutte e due i generatori con picco a – 13 dBFS ( più armoniche con più energia vengono generate e più il picco della sinusoide tende ad abbassarsi in quanto nelle impostazioni di generazione del tono il massimo livello imposto è sempre 0 dB per prevenire distorsioni, per cui più la sinusoide ha picco di basso livello e tanto più avrà armoniche di valore ).

Da queste analisi si potrebbe già definire come il generatore di tono di wavelab 6 sia migliore a questo tipo di quantizzazione e campionamento, ma vediamo come ci mostra lo spettrogramma.

Wavelab 6

16-44.1.jpg

Weiss Saracon

16.44.1.jpg

Dallo spettrogamma è possibile vedere particolari non visibili dalla risposta in frequenza come ad esempio la precisione di impulso ( meno tempo prendono le armoniche e tanto migliore sarà ). Un tono sinusoidale idale dovrebbe mantenere solo ed esclusivamente la linea bianca che si vede tracciata in orizzontale a 1000 hz, tutto il resto dei colori è la distorsione armonica generata dal generatore di tono, tanto più è chiara e tanto più valore energetico avrà.

Entrambi i generatori determinano una precisione entro i 0,5 s ( la durata complessiva dell’impulso è 5 secondi ). Il Saracon però come si nota generà un rumore armonico molto più presente che il Wavelab 6, visibile in quanto nel generatore di Wavelab 6 è presente molto più nero. Dallo spettrogramma è possibile notare anche come in fase di chiusura il generatore di tono tenda a generare risonanza ( questo è una problematica comune di tutti i generatori di tono come vedremo nel corso degli esempi, non rilevabile invece nelle analisi dei rumori prendono molta energia su tutto lo spettro di frequenza ( 0 dBFS ), per rilevare la risonanza di chiusura dei rumori è necessario generare un rumore di basso livello ). Più la risonanza è contenuta e più il generatore mantiene qualità nel tempo. Anche in questo caso la risonanza si equivale come per la precisione di impulso ( considerando valore utile lo spettro di colore arancio, che in entrambi i casi parte da circa 4,5 s ).

Lo spettrogramma conferma che a 16-44.1 il generatore di tono di Wavelab 6 è migliore del Saracon.

16-96

Wavelab 6

16-96.jpg

Weiss Saracon

16-96.jpgAumentando il valore di campionamento ( in questo caso da 44.1 Khz per gli esempi di prima a 96 Khz per questi ) è possibile notare come l’energia prodotta dal rumore armonico sia più contenuta in entrambi i casi, questo può far capire quindi che più si aumenta il livello di campionamento per un segnale da registrare o da processare e tanto più la distribuzione dell’energia armonica è contenuta ( tende ad appiattirsi ), questo è sinonimo anche di precisione in quanto molti più campioni vengono prodotti ( una migliore e precisa forma d’onda risultante ) ed analizzati ( per questo anche che i processori digitali prima di processare tendo a fare oversampling, un sovracampionamento a volte anche di x 128 il valore inziale ). Un maggior campionamento consente in certi casi un aumento del fattore dinamico, indipendentemente dal tipo di quantizzazione ( non più di 3 – 4 dBFS se si considera come paragone un 44.1 Khz con un 192 Khz ).

Da questi FFT si nota come ci sia una maggiore precisione della sinusoide con una coda molto più stretta rispetto al campionamento a 44.1 ( come vedremo meglio nello spettrogramma ). Il contibuto energetico armonico in bassa frequenza del generatore di tono di Wavelab 6 diventa molto più instabile ma di ben più basso livello ( < 190 dBFS ) che a 44.1 Khz, ad indicare come lavorando a cosi bassi valori dinamici il generatore di Wavelab 6 faccia più fatica che con un campionamento più basso. Migliora invece l’andamento della risposta sopra ai 1000 hz ad indicare che l’aumento di quantizzazione fa il suo lavoro, anche il Saracon migliora la sua stabilità in questo caso sia nella banda sopra che sotto i 1000 hz, ad indicare anche come 96 Khz sia forse il campionamento minimo per poter convertire un segnale analogico in digitale e processarlo mantenendo la giusta risoluzione in bassa frequenza. Anche in questo caso il livello energetico armonico del generatore di wavelab 6 a parte qualche picco di risonanza in alta frequenza rimane notevolmente sotto quello del Saracon ( > 20 dBFS ), ad indicare una maggiore prestazione, rilevabile anche dallo spettrogramma.

Dalla risposta in frequenza è possibile notare come l’analizzatore di spettro abbia una scala di frequenze fino a 48 Khz, mentre per il campionamento a 44.1 Khz è a 21 Khz, questo perchè si è adattato al filtro anti-alias che come da teoria audio digitale lascia passare le frequenze fino alla metà della frequenza di campionamento, in cui vi è la frequenza di taglio del filtro passa-basso, rumore che verrà poi filtrato in banda audio nel DAC ( vedi teoria audio digitale ). Questo rumore in più introdotto all’aumentare della frequenza di campionamento inciderà sul livello del segnale complessivo e sulla stabilità delle armoniche introducendone altre per intermodulazione, sarà per cui importante avere anche in banda ultrasonica ( dalla banda audio udibile 20 Khz fino alla metà della frequenza di campionamento ) il minor contributo armonico possibile ).

Vedremo in futuro anche la qualità dei filtri anti-alias e DAC.

Wavelab 6

16-96.jpg

Weiss Saracon

16-96.jpg

Anche in questo caso lo spettrogramma conferma la maggiore qualità del generatore di tono di Wavelab 6 a questa quantizzazione e campionamento causa un maggiore rumore armonico generato dal Saracon. Rispetto al campionamento a 44.1 Khz si nota come a 96 Khz la precisione dell’impulso si a maggiore, entro i 0,2 s, mentre prima era entro i 0,6 – 0,7 s. Anche la risonanza di chiusura è molto più contenuta.

A livello armonico si nota come a 96 Khz, guardando lo spettrogramma del wavelab 6 vi siano un numero di linee colorate molto inferiore rispetto allo spettrogramma del wavelab 6 ma a 44.1 Khz, vi è molto più nero e quindi le armoniche hanno un valore nettamente inferiore.

16-192

Wavelab 6

16-192

Weiss Saracon

16-192.jpg

A 192 Khz si vede l’aumento della risoluzione di analisi grazie ad una maggiore linearità della risposta in frequenza con minimo incremento del valore dinamico, molto più nel Saracon che nel Wavelab 6 in comparazione alla risposta a 96 Khz. Il Wavelab 6 non offre un gran cambiamento ( molto simile la risposta a 96 Khz e 192 Khz ) ad indicare un possibile limite della risoluzione nella generazione del tono.

Un difetto dei generatori di tono e rumori reali è che più si aumenta il campionamento e più il processore viene stressato, per cui si va a diminuire si il valore di livello armonico ma aumentano generalmente il numero di armoniche introdotte. Le forme armoniche introdotte dall’aumento della frequenza di campionamento possono essere fortemente ridotte aumentando come vedremo la quantizzazione, questo può far capire che se si aumenta la frequenza di campionamento per mantenere un rapporto qualitativo sarà necessario aumentare anche il valore di quantizzazione.

Wavelab 6

16-192.jpg

Weiss Saracon

16-192.jpg

Nonostante la maggiore efficenza di cambiamento del Saracon rispetto al Wavelab 6 a 192 Khz il livello di armoniche del Wavelab 6 è ancora nettamente inferiore e quindi più qualitativo, visualizzabile dal confronto tra i due spettrogrammi.

24-44.1

Wavelab 6

24-44.1.jpg

Weiss Saracon

24-44.1.jpg

Aumentando il livello di quantizzazione si nota come previsto un deciso incremento del livello di dinamico soprattutto nel Saracon ( con un appiattimento a – 147 dBFS del range di frequenze sotto i 1000 hz, ed un abbassamento tra i 10 e 20 dBFS per il range di frequenze superiore ai 1000 hz rispetto alla stesso campionamento ma a 16 bit ). Nel Wavelab 6 invece la differenza è molto inferiore se non nell’abbassamento complessivo del livello di armoniche ad indicare un possibile limite dinamico nel processo di quantizzazione.

C’è da dire anche che più il rumore di fondo è elevato e tanto meno un diverso valore di quantizzazione fare la differenza. Per sfruttare a pieno la dinamica possibile introdotta da un processamento a X bit è necessario avere il più basso rumore di fondo armonico possibile.

24 bit è probabilmente il valore di quantizzazione minimo per ottenere un suono registrato e processato in digitale di qualità.

Wavelab 6

22-44.1.jpg

Weiss Saracon

24-44.1.jpg

Come si nota anche dallo spettrogramma un aumento del valore di quantizzazione ( in questo caso da 16 bit a 24 bit ) consenta un notevole incremento della dinamica ( avendo il livello armonico dello spettrogramma di colore più scuro rispetto alla controparte 44.1 Khz ), lo sbalzo maggiore si ha sempre in bassa frequenza in cui anche il campionamento diventa molto importante per la risoluzione dell’onda. A livello di percezione un aumento del livello di quantizzazione viene percepito come un maggior valore dinamico delle basse frequenze rispetto alle alte, proprio per il motivo che subiscono una variazione dinamica maggiore e perchè l’orecchio meno sensibile alle basse frequenze tenda ad essere maggiormente sollecitato dagli sbalzi dinamici aumentando leggermente la sensibilità di percezione.

Il generatore di tono Wavelab 6 è anche in questo caso superiore al Saracon.

Come la quantizzazione non incida sulla precisione del tono è rilevabile analizzando i vari spettrogrammi, in cui a parità di campionamento una diversa quantizzazione non porta una riduzione del tempo di impulso, esempio a 16 bit 96 Khz l’impulso tonale ha valore entro i 0,3 s come per 24 bit 96 Khz.

24-96

Wavelab 6

24-96.jpg

Weiss Saracon

24-96.jpg

A 24 bit e 96 Khz Wavelab 6 e Saracon tendono a somigliarsi molto nella risposta in frequenza e perciò in questo caso non è un utile per rilevare quale dei due generatori di tono sia il migliore.

Wavelab 6

24-96.jpg

Weiss Saracon

24-96.jpg

Dallo spettrogramma è invece rilevabile come il Wavelab 6 sia ancora migliore con un minor contributo armonico. Ed è capibile come la variazione di quantizzazione ( da 16-96 a 24-96 ) non incida sulla precisione del tono.

24-192

Wavelab 6

24-192.jpg

Weiss Saracon

24-192.jpg

Anche a 24 bit 192 Khz si vede come aumenti il rumore armonico rispetto a 96 Khz ( causa limiti risolutivi del generatore ) ottenendo però una maggiore precisione del tono.

Wavelab 6

24-192.jpg

Weiss Saracon

24-192.jpg

Dallo spettrogramma è possibile confermare anche in questo caso una migliore precisione del tono da aumento campionamento e la migliore efficenza del generatore di tono di Wavelab 6.

32-44.1

Wavelab 6

32-44.1.jpg

Weiss Saracon

32-44.1.jpg

A 32 bit il livello armonico si abbassa di ulteriori 2 dBFS per il Wavelab 6 e 3 dBFS per il Saracon di media rispetto al 24 bit, spostando le maggiori interferenze armoniche più verso le alte frequenze, garantendo una maggiore dinamica su tutto il resto dello spettro. A questo livello di quantizzazione il Saracon sembra ottenere un livello di precisione superiore e livello armonico inferiore al Wavelab 6.

Wavelab 6

32-44.1.jpg

Weiss Saracon

32-44.1.jpg

Dallo spettrogramma si nota come nonostante un miglioramento del tone generator di Wavelab 6, il Saracon in questo caso offra delle prestazioni eccezzionali visibili dal “muro” di nero presente oltre al tono dopo l’impulso e prima della chiusura. Mentre nel Wavelab 6 sono rilevabili ancora armoniche se pur di bassissimo livello.

32-96

Wavelab 6

32-96.jpg

Weiss Saracon

32-96.jpg

Anche a 32 bit 96 Khz la risposta in frequenza non è utile a definire quale dei due toni sia migliore, in quanto molto simili.

Wavelab 6

32-96.jpg

Weiss Saracon

32-96.jpg

Dallo spetttrogramma si conferma come a questo tipo di quantizzazione il Saracon abbia prestazioni superiori con un livello di armoniche generate inferiore.

n.b. All’aumentare del campionamento, esempio 96 Khz rispetto a 44.1 Khz si nota un aumento del livello armonico attorno al tono ( il colore blu attorno alla riga bianca ), questo indica che il processore subisce un maggiore stress e tende a generare un maggiore contributo armonico.

32-192

Wavelab 6

32-192.jpg

Weiss Saracon

32-192.jpg

Anche in questo caso la risposta in frequenza non fa capire quale dei due toni sia migliore.

Wavelab 6

32-192.jpg

Weiss Saracon

32-192.jpg

Dallo spettrogramma si vede come aumentando il campionamento aumenti il livello armonico attorno al tono, ma con una precisione di tono superiore e livello armonico complessivo inferiore. Anche in questo caso il Saracon è superiore al Wavlab 6.

32-384

Wavelab 6

32-384.jpg

Weiss Saracon

32-384.jpg

A 384 Khz si hanno le migliori prestazioni ottenibili dai generatori di tono odierni e non tutti hanno la capacità di campionare fino a questo livello. Si ottiene un ulteriore abbassamento del livello energetico delle armoniche ( 1 – 2 dBFS ).

Wavelab 6

32-384.jpg

Weiss Saracon

32-384.jpg

Dallo spettrogramma si nota come sia estrema la precisione di generazione dell’impulso tonale, non chè minima la risonanza di chiusura, entro i 0,1 s a scapito di un maggiore contributo armonico attorno al tono. Il Saracon anche in questo caso risulta migliore più nella parte di frequenze superiore ai 1000 hz che in quella sotto.

32FP-44.1

Wavelab 6

32FP-44.1.jpg

Weiss Saracon

32FP-44.1.jpg

Il Floating Point è una tecnica di quantizzazione eseguibile solo a livello software e garantisce massime prestazioni in termini di processamento. Come si nota dai grafici della risposta in frequenza il campionamento FX ( Fixed Point ) o FP ( Floating Point ) in termini di guadagno dinamico e distorsione armonica non fa differenza ma risulta pressochè identico.

Wavelab 6

32FP-44.1.jpg

Weiss Saracon

32FP-44.1.jpg

Dallo spettrogramma si capisce come a 44.1 Khz il generatore di tono di Wavelab 6 sia migliore del Saracon introducendo un numero di armoniche con intensità inferiore.

Per una quantizzazione Fixed Point il Saracon a 32 bit è migliore di Wavelab 6, mentre in FP è meglio il generatore di tono di Wavelab, questo può far capire come il Saracon sia più limitato nel processamento Floating Point.

32FP-96

Wavelab 6

32FP-96.jpg

Weiss Saracon

32FP-96.jpg

Tramite risposta in frequenza non è possibile definire chiaramente quale dei due generatori di tono sia il migliore.

Wavelab 6

32FP-96.jpg

Weiss Saracon

32FP-96.jpg

Dallo spettrogramma si capisce come il generatore di Wavelab 6 sia ancora anche se di poco migliore per una quantizzazione FP.

32FP-192

Wavelab 6

32FP-192.jpg

Weiss Saracon

32FP-192.jpg

Anche a 192 Khz le risposte continuano ad essere molto simili.

Wavelab 6

32fp-192

Weiss Saracon

32FP-192.jpg

Lo spettrogramma conferma come in quantizzazione FP il generatore di tono di Wavelab 6 sia migliore.

64FP-44.1

Wavelab 6

64FP-44.1.jpg

Weiss Saracon

64FP-44.1.jpg

A 64FP abbiamo solo l’FFT della risposta in frequenza in quanto che lo spettrogramma di iZotope RX non è in grado di analizzare a questo livello di prfondità.

Se pur di poco sembra che il Saracon anche in questo caso generi un rumore armonico superiore.

64 bit ma anche in alcuni software 42 bit, è un campionamente generalmente esistente solo Floating Point in quanto ad oggi viene esclusivamente utilizzato per quantizzare un processamento a livello software, ed il FP garantisce più elevate prestazioni rispetto al Fixed Point.

64FP-192

Wavelab 6

64FP-192.jpg

Weiss Saracon

64FP-192.jpg

A questo livello di quantizzazione i due spettri si assomigliano molto, ci vorrebbe uno spettrogramma per poter definire chiaramente quale sia il migliore.

64FP-384

Wavelab 6

64FP-384.jpg

Weiss Saracon

64FP-384.jpg

Anche in questo caso senza l’utilizzo di uno spettrogramma è difficile capire quale dei due generatori di tono sia il migliore.

Conclusioni

In conclusione il generatore di tono di Wavelab 6 è migliore del generatore di tono Weiss Saracon in molte modalità risolutive a parte con quantizzazione a 32 bit FX.

Di seguito una tabella rappresentative dei toni scelti per le analisi dei software e hardware digitali ( per i valori di campionamento e quantizzazione più comunemente utilizzati ):

 Quantizzazione

 Campionamento

 Generatore di Tono scelto

16

44.1

Wavelab 6

16

96

Wavelab 6

16

192

Wavelab 6

24

44.1

Wavelab 6

24

96

Wavelab 6

24

192

Wavelab 6

32

44.1

Weiss Saracon

32

96

Weiss Saracon

32

192

Weiss Saracon

32

384

Weiss Saracon

32FP

96

Wavelab 6

32FP

192

Wavelab 6

64FP

44.1

Wavelab 6

64FP

192

Wavelab 6

Nel prossimo articolo analizzeremo i rumori e altri generatori di tono e rumore.

 

Altro su Test of Digital Audio Product:

Test of Digital Audio Product – I ( Scelta dei Segnali di Test ed Impostazione Analizzatori )

Test of Digital Audio Product – III ( Comparazione e scelta dei Rumori )

Test of Digital Audio Product – IV ( Comparazione di altri Generatori di Tono )

Test of Digital Audio Product – V ( Comparazione di altri Generatori di Rumore )

Test of Digital Audio Product – VI ( Utilizzo Dither e SRC )

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Test of Digital Audio Product – XIII ( Conversione verso 32 bit 384 Khz )

Test of Digital Audio Product – XIV ( Conversione verso 32FP bit – 192 Khz )

Test of Digital Audio Product – XV ( Conversione verso 64FP bit 384 Khz )

Test of Digital Audio Product – XVI ( Audacity Tone and Noise generator Test )

 

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