Meglio Analogico o Digitale?

Meglio Analogico o Digitale?
La domanda è (volutamente) molto generalizzata. Questo perché la trattazione di tale argomento va fatta dapprima in generale. Si applicano poi le considerazioni al campo specifico, nel nostro caso la chitarra.Tutti parlano di analogico e digitale. Siamo sicuri di aver afferrato bene la differenza tra le due cose?
Il fatto che alcune volte il termine "digitale" vanga accomunato a termini come "freddo", "sterile" e quindi usato in senso negativo, altre venga osannato fino all'eccesso mi fanno sorgere il dubbio che in realtà non sia così.
Vorrei contribuire, nei limiti delle mie possibilità, a fare un po' di chiarezza in un argomento non proprio intuitivo, ma di tale presenza in ciò che ci circonda, che forse varrebbe la pena di approfondirne la conoscenza.
Una grandezza analogica può assumere, in un dato intervallo, qualsiasi valore numerico.
Una grandezza digitale può assumere, in un dato intervallo, solo determinati valori e non altri.
Vorrei che intendeste il termine "grandezza" nel suo significato più ampio.
Supponiamo vi mettiate a registrare ogni giorno la temperatura esterna nel vostro giardino. La temperatura è una grandezza che varia con continuità nell'intervallo -273 gradi centigradi circa (zero assoluto) e infinito. Non c'è una temperatura massima.
Il vostro termometro è tarato in decimi di grado. Quindi le vostre misurazioni, che farete ogni giorno alla stessa ora saranno: 22.8 23.5 23.1 e via dicendo.
State registrando la temperatura sul vostro quaderno in maniera "digitale".
Già da questo semplice esempio si possono notare due cose:
  • La misurazione che effettuiamo è approssimata. La temperatura di 22.786923... gradi la registriamo come 22.8. Certo potremo comprare un termometro più preciso che misuri i centesimi di grado. Ma anche qui registreremo 22.79 che non è esattamente la temperatura che andiamo a misurare.
  • La misurazione è univocamente determinata.
  • Potete trasmettere l'informazione 22.8 gradi centigradi a chiunque e saprà esattamente "quanto caldo faceva".
    Inoltre, essendo una valore numerico, potete trasmetterlo in vari modi, scriverlo su un foglio di carta, dettarlo al telefono, trasmetterlo in codice morse e via dicendo, comunicarlo a gesti.
    Finché il destinatario è in grado di ricevere il vostro messaggio correttamente, egli sarà in grado di risalire al valore trasmesso.
    Ovviamente bisogna scegliere il metodo migliore, in una discoteca il vostro messaggio arriverà più facilmente scritto o a gesti che parlando.
    La manipolazione numerica dei dati quindi ha pregi e difetti.
    E' allo stesso tempo imprecisa perché i valori sono approssimati, e precisa per quel che riguarda la conservazione e la trasmissione degli stessi.
    Nell'esempio della temperatura abbiamo visto come la approssimazione riduca la precisione della misura. Ma agli effetti pratici di sapere quanto caldo fa in giardino, il decimo di grado è una approssimazione pienamente soddisfacente.
    Per un fisico che stia effettuando delle misurazioni può essere invece inadeguata.
    Per un uso quotidiano la precisione di un minuto nell'orologio è soddisfacente.
    Per uso sportivo occorre scendere al centesimo.
    Per uso scientifico può essere necessaria una precisione molto maggiore.
    Ecco che un altro elemento entra nel nostro argomento. Il costo. I fotografi sanno che le macchine fotografiche digitali da due milioni non possono competere con un apparato ottico professionale.
    In realtà si potrebbero costruire macchine fotografiche digitali di risoluzione così elevata da eguagliare la grana della pellicola, ma il costo ne renderebbe antieconomico l'uso (e lo stoccaggio delle foto).
    Veniamo finalmente al suono.
    Il successo del CD audio dovrebbe far riflettere sul fatto che il digitale qualche vantaggio lo deve pur avere. I puristi dell'hi-fi giurano che con un supergiradischi si sente meglio che con un CD. Forse è vero.
    Ma è anche vero che i dischi hanno i bassi compressi (altrimenti i solchi sarebbero troppo larghi), che si usurano meccanicamente, che sono voluminosi e delicati, che la separazione tra i due canali non è molto buona. E che nel supergiradischi di cui sopra il fonorivelatore (la "puntina" per noi comuni mortali) costa anche duemila Euro (!).
    Fatti due conti e soppesati pregi e difetti alla fine il CD ha prevalso di gran lunga.
    Ancora sul CD, teniamo infine conto che i famosi "44KHz 16 bit" (di cui vedremo tra poco il significato) sono specifiche di fine anni settanta.
    Oggi si potrebbe registrare la musica sul DVD a 200KHz e 32 bit (qualcosa in tal senso si sta facendo) e penso che i fan del vinile rimarrebbero con poche argomentazioni valide.
    Dunque ha poco senso parlare di "digitale" in assoluto se non si tiene conto della sua implementazione pratica.
    Per trasformare un suono, per sua natura analogico, in forma digitale occorre campionarlo.
    La campionatura non è altro che la registrazione di determinati valori numerici a determinati intervalli di tempo.
    Esattamente come facevamo per la temperatura del giardino.
    Ma quali valori assegnare? E quale deve essere l'intervallo tra i campioni?
    Al solito, occorre scegliere tali valori in base a considerazioni tecnico economiche.
    Dando per scontato che la precisione della lettura deve essere "più alta possibile" e l'intervallo "più breve possibile", all'atto pratico sceglieremo il miglior compromesso tra qualità e costo.
    A complicare le cose ecco che arriva l'elettronica. I componenti elettronici che manipolano dati digitali lavorano, nella quasi totalità dei casi, in binario.
    Cioè, come il computer, usando la base due.
    La base due ha due simboli, "0" e "1". A parte questo funziona esattamente come tutte le altre basi.
    Ogni cifra binaria viene definita "bit" (contrazione di "binary digit").
    Per sapere quanti valori si possono identificare con un certo numero di bit si usa la formula: Valori = base^n Dove la base vale 2 e "n" il numero di bit.
    Con 8 bit abbiamo 256 valori differenti.
    Co 16 bit 65536 e così via.
    Ecco che già una cosa salta all'occhio. Può sembrare che una apparato "a 20 bit" sia "quasi" come uno "a 24 bit". Abbiamo visto invece che ogni bit aggiuntivo raddoppia il numero di valori ottenibili, quindi il secondo apparato ha una precisione ben sedici volte superiore al primo!
    Per uso chitarristico mi pare di vedere che si vada dai 18-20 bit in fascia media e medio alta ai 24 bit in fascia alta.
    Per quanto riguarda la l'intervallo tra i campioni, questo viene spesso espresso in termini di campioni al secondo quindi in Hertz (Hz).
    Per scegliere il valore adeguato ci viene in aiuto il "teorema del campionamento" che più o meno recita: "Per campionare una banda di frequenze audio occorre usare una frequenza di campionamento pari ad almeno il doppio della frequenza più alta della banda."
    L'orecchio umano percepisce i suoni nella banda tra i 16 Hz ei 16 KHz, ma qualcuno arriva ai 20 KHz.
    La chitarra probabilmente non supera gli 8 Khz.
    Fortunatamente, in questo caso, quando intervengono i costi a limitarci abbiamo raggiunto il nostro scopo da un bel pezzo.
    Un processore tra i più blasonati come il G-Force ha "solo" 40 KHz (quindi campiona suoni fina a 20KHz).
    Numero di bit e frequenza di campionamento possono dare solo un indicazione di massima della qualità di apparato audio.
    Vi sono tutta una serie di altri parametri che influiscono sul suono e, alla fine, direi che sono anche più importanti.
    Si veda per esempio il caso degli apparati a modellazione fisica.
    Benché sia sorprendente la qualità e la versatilità che si riesce a ottenere, specie in registrazione diretta, da uno scatolotto del costo di poche centinaia di Euro, sento spesso fare paragoni con gli amplificatori valvolari che questi apparati emulano via software.
    Ebbene permettetemi di dire che se la qualità ottenibile non è ancora paragonabile a quella dell'amplificatore reale, la "colpa" non è da attribuire al "digitale" in se, ma alla modellazione software ancora troppo approssimativa. La simulazione software di un modello fisico non è cosa da poco e gli elementi da tenere in considerazione sono moltissimi.
    Guardiamo, per paragone, alla grafica 3D. Se paragonate un film di ultimissima generazione come "Final Fantasy" vedrete che non siamo ancora alla perfetta simulazione della realtà, ma la differenza con i film di qualche anno fa è notevole.
    Eppure la "risoluzione" video è sempre quella e le schede grafiche usate sono sempre a 24 bit da anni.
    E' il "software" che non è ancora abbastanza evoluto.
    Sicuramente, anche nell'emulazione sonora, si potrebbe già oggi avere di più.
    Ma l'uso di algoritmi più realistici richiederebbe un processore di potenza superiore.
    Il costo dell'apparecchiatura renderebbe più economico l'uso... degli amplificatori tradizionali!