Nota della redazione
Questo articolo è da intendersi come puramente divulgativo, cioè è stato concepito per essere accessibile alla maggior parte dei lettori. E’ quindi volutamente esente da complicazioni, tecnicismi, formule matematiche, etc. Questa sua natura gli conferisce inevitabilmente un limitato valore scientifico, a vantaggio di una immediata utilità pratica. Pertanto, rimandiamo a fonti più accademiche l’approfondimento nozionistico dei concetti esposti. In ogni caso, saremo lieti di fornire ogni informazione o chiarimento sugli argomenti che qui presentiamo in maniera volutamente elementare. Potete commentare o utilizzare il nostro form. Grazie a tutti.
Premessa
Il concetto di headroom è fondamentale per il suono dal vivo e la registrazione ed ha diverse implicazioni nell’audio sia digitale, sia analogico.
L’headroom nella registrazione analogica
Dal punto di vista tecnico, l’headroom (misurato in dB) è il rapporto tra la quantità massima di segnale non distorto che un sistema può gestire ed il livello medio per il quale è progettato quel sistema. Ad esempio, supponiamo di avere un sistema per home-recording con un livello medio nominale di -10dB. Se riusciamo ad ottenere un segnale di + 8dB senza distorsioni, allora avremo un headroom di 18dB.
Il concetto chiave è senza distorsione. Quando si supera il margine dell’headroom, si verifica una distorsione. Potrà sembrare una cosa positiva con un amplificatore valvolare per chitarra, magari un Marshall. Ma per un sistema PA o una console di mixaggio, non è assolutamente una buona cosa.
Con una console di missaggio analogica progettata per un livello medio di segnale di +4dB, i suoi VU meter verranno calibrati in modo che i contatori indichino 0 VU a + 4dB. Tuttavia, attrezzatura professionale progettata per lavorare a +4dB è in grado di fornire livelli di uscita di +24 dB, quindi a 0 VU, si dispone di un margine di 20dB (24 – 4 = 20). Questo valore rappresenta l’headroom di cui si dispone per assicurarsi che improvvisi innalzamenti di livello (ad esempio l’urlo imprevisto di un cantante) o forti transienti (il classico colpo di rullante) siano riprodotti correttamente.
Figura 1: In un mixer audio analogico o altra attrezzatura professionale c’è un margine significativo di headroom al di sopra degli 0 VU. photo courtesy: Larry Witchman, Musician’s Guide to Home Recording: How to Make Great Recordings at Home , Ed. Hal Leonard.
Ma c’è davvero bisogno di tutto quel margine? Non è invece più importante ottenere un livello di segnale il più alto possibile per evitare il rumore? Sicuramente questo è un aspetto da non trascurare. Contemporaneamente però è fondamentale notare che, mentre il VU meter indica un livello medio (il cosiddetto RMS), la musica è tutt’altro che media. Infatti un programma musicale presenta spesso picchi ed innalzamenti del livello.
Quest’aspetto è misurato dal cosiddetto crest factor. Il crest factor rappresenta il rapporto tra il valore medio di un segnale audio e il suo valore di picco, che può essere anche di 10dB-20dB superiore. Da una parte è quindi importante monitorare i livelli medi in quanto si correlano maggiormente con il modo in cui l’udito umano percepisce il suono. D’altro canto è necessario tenere sotto controllo i livelli di picco per sapere se c’è il rischio di superare il margine disponibile.
Molto spesso non si tiene presente che i transienti nelle registrazioni musicali possono richiedere fino a 10 volte il wattaggio medio (RMS). Ciò significa che in un sistema che utilizza 40 watt RMS per il programma musicale, i picchi possono richiedere fino a 400 watt per essere correttamente riprodotti.
[Craig Anderton, produttore, scrittore e technical blogger]
L’headroom nei sistemi PA e nei mixer analogici
Con un sistema PA o un mixer analogico, per ridurre al minimo il rumore, i risultati migliori si ottengono utilizzando tutta l’headroom a disposizione. La prima cosa da fare è un opportuno gain staging (impostazione del livello ottimale del segnale in ingresso nella console).
Gli ingressi microfonici andrebbero settati con la giusta quantità di gain sul preamplificatore e regolando di conseguenza gli altri parametri. I dispositivi di linea (come gli strumenti elettronici), andrebbero impostati con l’uscita dello strumento che produce il massimo livello senza distorsione, e quindi applicando il gain in modo appropriato dal mixer.
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Non si possono cambiare le leggi della fisica!
In Star Trek, Scotty ha rivolto spesso questa frase al capitano Kirk. Anche se l’ingegnere capo dell’Enterprise si riferiva all’incapacità di arrivare alla velocità di curvatura abbastanza rapidamente, si potrebbe dire lo stesso dell’headroom.
Il capitano Kirk e Scotty di Star Trek – Photo credit: http://trekcore.com
In ultima analisi, il fattore fisicamente limitante per l’headroom è l’alimentazione elettrica. È ovvio che se la tensione massima disponibile per un sistema è, ad esempio, 15 volt, allora non è possibile riprodurre un segnale in modo che il suo picco superi i 15 volt.
Amplificatori ed altoparlanti
Per chiarire il meccanismo dell’headroom in un amplificatore, prima di tutto occorre ricordare che il controllo di livello di un amplificatore di potenza non ne regola l’uscita. Un amplificatore è fatto in modo tale che utilizzi sempre tutta l’amplificazione di cui è capace. Il controllo dei canali in ingresso ne varia il livello diretto allo stadio finale. Questo è un bene, perché così è sempre disponibile tutto l’headroom. Ma occorre anche fare attenzione a non aumentare troppo il livello di ingresso perché il segnale potrebbe superare l’headroom disponibile.
Invece gli altoparlanti si comportano diversamente: non hanno quel limite di sicurezza rappresentato dall’headroom degli amplificatori di potenza. Ma l’esperienza insegna che l’invio ad un altoparlante di un segnale troppo alto può avere effetti parecchio negativi. Questi effetti partono da un suono poco gradevole, per arrivare alla distorsione, fino alla rottura dell’altoparlante stesso.
Per ovviare a questo inconveniente, molti dei diffusori amplificati moderni, che incorporano sia i driver degli altoparlanti sia gli amplificatori, dispongono di misure di protezione. Sono infatti dotati di limiter che evitano che i livelli audio eccedano la soglia di sicurezza, proteggendo così i diffusori.
Invece, i sistemi composti da altoparlanti passivi con amplificatori separati hanno maggiori probabilità di incontrare problemi di questo tipo. Infatti non c’è “comunicazione” diretta tra gli elementi. Ad esempio è noto che, se una distorsione nell’amplificatore provoca il clipping del segnale, ne aumenta il livello medio. Se questa maggiore potenza alle frequenze più alte viene inviata direttamente all’altoparlante è più probabile che danneggi o rompa il driver HF.
L’headroom nella registrazione digitale
Innanzitutto, in un sistema digitale lo 0dBFS (FS sta per “Full Scale”) rappresenta il livello massimo che il sistema può gestire. Quindi, a differenza dei sistemi analogici che dispongono di un certo headroom “invisibile” sopra 0 VU, lo 0dBFS è il livello più alto possibile in assoluto. Per questo motivo molti professionisti della registrazione digitale calibrano le loro DAW a -18dB al di sotto dello 0dBFS. Questo sistema crea quell’headroom che un sistema digitale per natura non possiede.
Da una parte, in termini di risoluzione, siccome 6dB corrispondono ad 1 bit, la registrazione a -18dB anziché a 0 dB si comporta una perdita di circa 3 bit (18 : 6 = 3). Ciò significa che, utilizzando una comune piattaforma a 24 bit, si scende a 21 bit (24 – 3 = 21). Questo valore è comunque superiore alla reale risoluzione della maggior parte dell’hardware. Infatti un convertitore dichiarato a 24 bit non possiede fisicamente 24 bit di risoluzione. Contribuiscono a questa “carenza” le imprecisioni costruttive del convertitore stesso, il layout del circuito stampato, ed altri fattori intrinsechi.
D’altro canto, calibrando il sistema a -18dB (o anche meno) si crea l’headroom necessario per gestire picchi, risonanze e improvvisi aumenti di livello.
Ma questa non è l’unica situazione in cui l’headroom entra in gioco nei sistemi digitali. È evidente che l’headroom è strettamente correlato alla gamma dinamica di un sistema audio. All’interno delle DAW odierne, la gamma dinamica è pressoché illimitata ed è quasi impossibile superare l’headroom: per questo motivo i singoli canali di mixaggio possono andare “a rosso” senza creare apparentemente distorsioni.
Tuttavia, ogni DAW giunge alla resa dei conti quando il segnale audio ritorna nel mondo analogico reale. I convertitori D/A (digitale-analogico) ed ogni altro hardware possono avere le migliori caratteristiche, ma non hanno certamente una gamma dinamica illimitata.
Per questo è considerata una buona pratica mantenere il master fader su 0dB e usare i fader dei canali per creare il miglior bilanciamento piuttosto che portare i fader dei canali al massimo e abbassare il master fader per compensare. Grazie all’elevata risoluzione del motore audio delle DAW, non c’è perdita di qualità lasciando i livelli dei fader dei singoli canali anche intorno ai -18 dB.
Leggi anche: Tutto quello che c’è da sapere sull’headroom [seconda parte]
fonte: https://www.sweetwater.com/insync/need-know-headroom/
