Test of Digital Audio Product – III

WHITE NOISE AND PINK NOISE GENERATOR

White Noise Generator di Wavelab 6

L’unico generatore di rumore testato è il generatore di Wavelab 6. Il principio di visualizzazione è lo stesso visto nel precedente articolo, prima l’FFT della risposta in frequenza e poi lo spettrogramma.

16-44.1

Wavelab 6

Wavelab 6

Dall’FFT si può notare come vi sia poca linearità a questi livelli di capionamento e quantizzazione, soprattutto alle basse frequenze in cui un campionamento a 44.1 Khz come visto anche per le risposte all’impulso non sia adeguato. Dallo spettrogramma si nota la stessa cosa ma dal punto di vista della lunghezza delle linee come spiegato nell’articolo precedente, in bassa frequenza sono molto più lunghe che in alta frequenza, ad indicare uno spettro di rumore più instabile in quella zona di frequenze. Dallo spettrogramma è poi più chiaramente visibile che dall’ FFT la distribuzione dell’energia nel tempo ad identificare la stabilità e distribuzione dell’energia del rumore bianco. In questo caso è molto buona con un giallo e distribuzione pressochè costante su tutto il range di frequenze e per tutto il tempo di analisi.

Dall’FFT è possibile notare come la distribuzione energetica sia di livello molto basso ( inferiore ai – 50 dBFS ), questo perchè il generatore è stato impostato per generare un rumore a 0 dBFS, la somma energetica di ogni frequenza determina il valore a 0 dBFS complessivo in uscita. L’instabilità energetica armonica delle frequenze determina un valore in uscita di 0 dBFS altalenante e quindi meno preciso, ad esempio lo 0 dBFS in uscita potrebbe essere portato da un armonica con valore energetico molto alto, per cui non adatto ad essere utilizzato come segnale di test e misura in quanto che le altre frequenze non sono linerari e sullo stesso piano e portano un contributo di analisi inferiore. Più il segnale è stabile e più il rumore è di qualità ed utilizzabile per i test.

16-96

Wavelab 6

Wavelab 6

A 96 Khz dall’FFT si nota come il rumore guadagni in dinamica di qualche dB ( 2 – 3 dBFS ) grazie ad una maggiore linearità della risposta in frequenza, pur non ancora adeguata in bassa frequenza causa basso valore di quantizzazione. La distribuzione dell’energia come si vede anche dallo spettrogramma è ancora più di qualità rispetto ai 16-44.1, visibile dalla presenza di linee di lunghezza inferiore e più concentrate.

16-192

Wavelab 6

Wavelab 6

A 192 Khz si nota chiaramente come l’alta risoluzione del campionamento consenta un’ulteriore step di guadagno dinamico ( circa 1 dBFS ) e venga migliorata anche la precisione dello spettrogramma come risposta in frequenza e distribuzione dell’energia nel tempo, grazie alla presenza di linee con lunghezza pari a circa la metà del campionamento a 96 Khz ed una concentrazione pari al doppio.

24-44.1

Wavelab 6

Wavelab 6

A 24 bit si nota dall’FFT come un aumento del valore di quantizzazione abbia portato ad un aumento della dinamica complessiva del rumore ( di circa 3 – 4 dBFS ). La distribuzione delle armoniche rimane più o meno costante rispetto alla controparte a 16 bit. Dallo spettrogramma è rilevabile un leggero incremento della stabilità della distribuzione energetica ( colore giallo ) su tutto il range di frequenze e nel tempo, rispetto sempre alla controparte a 16 bit.

24-96

Wavelab 6

Wavelab 6

Anche in questo caso la distribuzione energetica è simile alla quantizzazione a 16 bit ma con una dinamica aggiunta di circa 2 – 3 dBFS.

24-192

Wavelab 6

Wavelab 6

A 24 bit 192 Khz soprattutto dallo spettrogramma si nota come la presenza di linee sia meno presente rispetto alla controparte a 16 bit, questo significa una maggiore omogenità della distribuzione energetica.

32-96

Wavelab 6

Wavelab 6

A questo livello risolutivo dall’FFT non si notano particolari differenze rispetto alla controparte a 24 bit, ad indicare un possibile limite risolutivo del generatore di rumore. Dallo spettrogramma si nota probabilmente un leggero incremento di colorazione scura dell linee nella quantizzazione a 32 bit a parita di lunghezza di ogni linea rispetto alla controparte a 24 bit, ad indicare un più basso valore energetico di distribuzione delle armoniche quindi un segnale con una dinamica superiore rispetto ai precedenti.

32-384

Wavelab 6

Wavelab 6

384 Khz è considerato un limite risolutivo si nota infatti dallo spettrogramma come le linee siano quasi punti ad indicare un’estrema precisione della distribuzione del rumore e ci sia molta più colorazione arancio ad indicare che le alterazioni armoniche sono contenute ad un livello energetico più basso di un qualsiasi rumore visto fino adesso.

Per la cronaca la versione a 24 bit 384 Khz genera una risposta praticamente molto simile a quella a 32 bit, per cui viene definito un limite di risoluzione del generatore.

384 Khz rispetto al 192 Khz ha una maggiore linearità della risposta in frequenza.

32FP-384

Wavelab 6

Wavelab 6

La versione Floating Point non evidenzia particolari cambiamenti se non della distribuzione dei valori armonici rispetto alla Fixed Point.

64FP-384

Wavelab 6

64 bit è probabilmente un estremo nel valore di quantizzazione al fine di ottenere la migliore dinamica possibile durante le fasi di generazione e processamento di un suono.

In questo caso abbiamo solo la risposta in frequenza in quanto come detto nei precedenti articoli l’analizzatore spettrogramma iZotope RX5 non è in grado di analizzare questo tipo di profondità di quantizzazione.

Dall’FFT si nota come non vi siano particolari differenze rispetto alla controparte a 32 FX o 32 FP.

Note

In conclusione e a dimostrazione delle analisi appena fatte, il rumore bianco utilizzato per i test sarà sempre quello con la più alta risoluzione possibile per il software o hardware sotto analisi, ma visto al momento che lo spettrogramma iZotope RX5 non è in grado di analizzare una quantizzazione a 64 bit, verrà utilizzato un massimo di 32 bit, per la scelta tra FX e FP se entrambi i rumori sono simili e di qualità, verrà sempre preferito il FX ad emulare la quantizzazione utilizzata nei convertitori A/D e D/A.

Pink Noise Generator di Wavelab 6

L’unico generatore di rumore testato è il generatore di Wavelab 6.

16-44.1

Wavelab 6

Wavelab 6

Come per il rumore bianco anche il rumore rosa ha una sua distribuzione energetica frequenza per frequenza che determina il valore energetico complessivo in uscita, quello richiesto per i test è 0 dBFS al fine di sfruttare tutta la dinamica e stress possibile dal software o hardware sotto test.

L’andamento del rumore rosa come spiegato negli articoli precedenti e come si vede dalla risposta FFT è un decadimento di 6 dB/oct o 3 dB per terzi d’ottava. Più questo decadimento è lineare e più il generatore sarà preciso.

L’andamento della colorazione dello spettrogramma deve andare da un valore quasi bianco ad uno arancio nella misura più omogenea possibile. Anche in questo caso la presenza e lunghezza delle linee determina la risoluzione del generatore di rumore.

A questa risoluzione soprattutto dal grafico FFT si nota come vi siano numerose armoniche non stabili nella distribuzione energetica. Il decadimento rimane costante lungo tutto lo spettro audio con qualche imprecisione soprattutto dai 25 – 30 hz e dai 550 – 750 hz.

16-96

Wavelab 6

Wavelab 6

96 Khz è già una risoluzione adeguata per generare un rumore rosa con decadimento costante e risolutivo, molto più che a 44.1, in questo caso senza la presenza di particolari problemi, se non sempre nella banda 25 – 30 hz ( derivato probabilmente da un basso valore di quantizzazione ) ed una leggera risonanza attorno ai 1900 hz.

16-192

Wavelab 6

Wavelab 6

A 192 Khz si nota un’ulteriore miglioramente della linearità della risposta in frequenza ( soprattutto dall’FFT ) ed la non più presenza della risonanza a 1900 hz.

24-44.1

Wavelab 6

Wavelab 6

Passando ad una quantizzazione a 24 bit si nota analizzando l’FFT come non vi sia un incremento dinamico ma un leggero peggioramento ( 1 – 2 dBFS di media ) ed un’aumento dell’instabilità armonica, questo può voler dire che il generatore non è in grado di generare un rumore a questo livello risolutivo ( essendo software probabile qualche errore presente nell’algoritmo ).

24-96

Wavelab 6

Wavelab 6

Sempre a 24 bit ma a 96 Khz ritroviamo lo stesso fenomeno, rispetto alla quantizzazione a 16 bit a parità di frequenza di campionamento abbiamo un’inferiore livello dinamico ( un controsenso ), dovuto quindi alla non precisione del generatore a questo tipo di risoluzione.

24-192

Wavelab 6

Wavelab 6

A 192 Khz invece ( sempre da FFT ) la risoluzione con quantizzazione a 24 bit risulta migliore della controparte a 16 bit, in questo caso quindi il generatore è più preciso e riesce a sfruttare meglio i parametri risolutivi di generazione rumore a lui richiesti.

Dallo spettrogramma si vede come vi sia una maggiore presenza di colorazione bianca in bassa frequenza ( entro i 50 hz ), questo a significare una maggiore precisione, quindi la possibilità di avvicinare ai 0 dBFS la prima ottava di frequenze non attenuata da una maggiore e non precisa distribuzione energetica su altre frequenze ( più vi è linearità e più questa parte bianca sarà presente ). A questa risoluzione si nota anche come attorno ai 3500 hz vi siano ad intervalli costanti una ripetitività di cicli ( evidenziati dal quadrato rosso ), che pongono un decadimento di circa – 10 dBFS rispetto al livello medio in quella banda di frequenza, questo può far capire come probabilmente il generatore di rumore rosa ma probabilmente anche bianco sia realizzato tramite impulsi continui ( su tutto il range di frequenze stabilito nelle impostazioni del software ) della durata di circa 0,6 secondi e quindi la non possibilità di essere in grado di generare un segnale continuo trasparente ( molto simile ai sistemi analogici che prevedono l’utilizzo di oscillatori ). A parte questo potrebbe anche risultare un errore di buffer, troppo piccolo per poter avere un pulito andamento del rumore nel tempo a questo livello di risoluzione. Questo fenomeno è facilmente visibile anche semplicemente guardando l’andamento spettrale sopra allo spettrogramma di colore azzurro, in cui si vede una ciclicità.

n.b. In generale un generatore di rumore fisico è più preciso di uno software solo se il software non è correttamente bufferizzato ( molto spesso non impostabile, ma già impostato dal produttore ) o non ha una corretta CPU e RAM ad esso associata, quindi un computer con scarse prestazioni rispetto a quelle richieste dal software.

32-96

Wavelab 6

Wavelab 6

A 32 bit il rumore rosa come per il caso visto nel rumore bianco il generatore introduce una leggera maggiore distorsione ad indicare limiti risolutivi del generatore.

32-384

Wavelab 6

Wavelab 6

Anche 32 bit 384 Khz come per il caso del rumore bianco è un estremo di risoluzione, in cui 384 Khz offre la massima linearità di distribuzione della risposta in frequenza, mentre i 32 bit migliorati solo da una quantizzazione come vedremo a 64 bit FP.

Come si vede dal grafico FFT presenta però una grossa risonanza attorno ai 400 hz con attenuazioni molto superiori a quelle che dovrebbero essere per avere una linerità.

Per la cronaca la controparte 24 bit 384 Khz ha un valore di decadimento medio di circa – 1 dBFS rispetto a questa a 32 bit, che significa maggiori artefatti energetici distributi nelle varie frequenze che costringono una maggiore pendenza del rumore al fine di generare lo stesso contributo energetico 0 dBFS in uscita.

Rilevabile anche in questo caso come per il 24-192 una ciclicità di artefatti, in questo caso attorno ai 3000 hz.

32FP-384

Wavelab 6

Wavelab 6

Il 32 bit FP il rumore rosa mostra maggiori artefatti nella distribuzione energetica rispetto al FX a parte nella zona dai 250 hz ai 450 hz.

Anche in questo caso è possibile notare come per i 24 bit 192 Khz la ciclicità di un eventuale artefatto, in questo caso presente attorno ai 1000 hz ( più è alto il campionamento, quindi preciso e più sono rilevabili eventuali errori ).

64FP-384

A 64 bit FP il rumore presenta maggiori artefatti rispetto alla controparte a 32bit, ad indicare un limite risolutivo del generatore di rumore rosa.

Note

In conclusione e a dimostrazione delle analisi appena fatte, il rumore rosa utilizzato per i test sarà sempre quello con la più alta risoluzione possibile per il software o hardware sotto analisi, ma visto al momento che lo spettrogramma iZotope RX5 non è in grado di analizzare una quantizzazione a 64 bit, verrà utilizzato un massimo di 32 bit, per la scelta tra FX e FP se entrambi i rumori sono simili e di qualità, verrà sempre preferito il FX ad emulare la quantizzazione utilizzata nei convertitori A/D e D/A.

Nel prossimo articolo vedremo altri generatori di tono da comparare ai migliori visti fino ad ora.

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