Massimo Procopio

High Definition Audio vs CD


High Definition Audio

L’Audio ad alta definizione (High Definition Audio, anche detto Hi-Res, High Resolution) è veramente migliore di quello in qualità CD?

24bit e 192Khz apportano realmente dei benefici nel campionamento della traccia musicale?

Per molto tempo ho sentito e letto varie opinioni sulla qualità audio HD rispetto a quella più diffusa dei CD.

Non ho mai avuto la possibilità di testare effettivamente con il mio orecchio le eventuali differenze tra le due diverse qualità di campionamento audio, fino a quando non sono entrato in possesso di cuffie ed hardware di alta qualità.

Quali sono stati i risultati dei miei test?

Dopo una prima apparente convinzione che il formato 24bit/192Khz dava più corposità al suono, ho voluto fare un test a doppio cieco, facendomi aiutare da mia moglie. Il risultato mi ha lasciato di stucco: dopo un po’ di tentativi, non solo non capivo quale fosse il file ad alta risoluzione, ma, erroneamente, li invertivo, attribuendo al formato CD qualità HD.

Quindi ho voluto utilizzare un approccio più scientifico per capire meglio ciò che la mente boicottava ingannandomi con le mie sensazioni.

Di seguito le mie valutazioni, ma ci tengo a segnalare prima alcune mie convinzioni.

Il segnale digitale, quindi campionato, non potrà mai essere uguale a quello analogico, per ovvi motivi, (e questo non è sempre necessariamente negativo), e la musica dal vivo non potrà mai essere uguale a quella riprodotta da strumentazione elettronica, per quanto possa avvicinarsi alla realtà. Da musicista, posso affermare con certezza che quando si è immersi nel suono “vero” degli strumenti musicali, l’ascolto è profondo, ricco di armoniche e vibrazioni che la strumentazione elettronica difficilmente potrà mai riprodurre interamente. Ciò non toglie che un buon impianto audio possa avvicinarsi molto al piacere d’ascolto della musica dal vivo.

Detto questo, proseguiamo con le analisi concentrandoci unicamente sulle differenze di qualità dei vari formati digitali.


High Definition Audio vs CD

Per i test ho utilizzato tre canzoni: Starlight e Supermassive dei Muse (24bit/96Khz), ed un file di test a 24bit e 192kHz di musica classica.

Per ottenere un risultato quanto più valido scientificamente ho caricato i file su Audacity, e li ho manipolati nel modo seguente:

  1. Conversione da 24 bit 96Khz (o 192Khz) a 16 bit 44Khz (o 48 Khz);
  2. Creazione su Audacity di un nuovo file con due tracce stereo. Nella prima ho inserito il file ad alta definizione, nella seconda quello convertito;
  3. Inversione della forma d’onda a bassa risoluzione;
  4. Somma delle tracce e salvataggio in un formato adeguato.

Così facendo, ho cercato di sottrarre le due tracce per ottenere un file finale con le sole differenze dei contenuti audio.

Questi sono i risultato con i relativi spettri in frequenza:

High Definition Audio Analysis
Starlight – Differenza dei contenuti audio tra 24b/96Khz e 16b/44Khz
High Definition Audio Analysis
Supermassive – Differenza dei contenuti audio tra 24b/96Khz e 16b/44Khz
High Definition Audio Analysis
Supermassive – Differenza dei contenuti audio tra 24b/96Khz e 16b/48Khz
High Definition Audio Analysis
Traccia di musica classica – Differenza dei contenuti audio tra 24b/192Khz e 16b/44Khz

Come è possibile intuire dai grafici, la differenza è praticamente nulla. Non rimane alcuna informazione.

Amplificando la traccia ottenuta dalle differenze dei due formati di Starlight di 50 dB otteniamo questo risultato:

High Definition Audio Analysis
Starlight – Differenza dei contenuti audio tra 24b/96Khz e 16b/44Khz amplificata di 50 dB

Di seguito i file audio ottenuti come risultato, compressi in mp3 a 320k (Il formato wav non sarebbe proponibile su una pagina internet per le dimensioni eccessive, ma vi posso assicurare che il risultato non cambia, visto che la traccia non contiene assolutamente nulla se non rumore):

Starlight-24b-96k-Diff-16b-44k

Supermassive-24b-96k-Diff-16b-44k

Test_Classic-24b-196-Diff-16b-44k

Starlight-24b-96k-Diff-16b-44k-Amp50db

Come potete sentire, non esiste alcuna informazione audio utile. A questo punto è possibile affermare che il formato ad alta risoluzione non apporta nessun beneficio reale. Piuttosto è necessario valutare i vari formati di compressione per capire qual è la reale informazione audio che viene persa.

Inoltre nei vari test effettuati ho utilizzato vari software di conversione per Wav da 24 a 16 bit, da 192Khz a 44Khz, e non tutti garantivano un risultato così preciso come quello ottenuto con Audacity. Gli errori di conversione, comunque, potevano ritenersi praticamente quasi nulli.

Eccone un esempio:

High Definition Audio Analysis
Supermassive – Differenza dei contenuti audio 24b/96Khz – 16b/44Khz ottenuta con SwitchConverter

Dall’immagine è difficile vedere le differenze, ma in realtà la traccia non è completamente piatta come quella ottenuta con la conversione fatta con Audacity, anche se comunque l’informazione persa è trascurabile. Tra tutti i converter utilizzati, escludendo Audacity, Switch Converter si è dimostrato comunque il migliore.

Diverso è il risultato ottenuto con la conversione in altri formati.


High Definition Audio vs FLAC

Ho fatto un confronto tra due formati: FLAC e MP3.

Il Flac è un formato compresso senza perdite, al contrario l’mp3 è un formato compresso con perdite.

Nel primo caso i risultati ottenuti sono i medesimi di quelli ottenuti con il wav. Infatti non c’è stata alcuna perdita, ed i risultati sono stati identici, confermando la qualità audio del formato destinato agli audiofili.


High Definition Audio vs MP3

Per quanto riguarda l’mp3 il risultato è stato completamente diverso, ed anche inaspettato. La perdita di informazione audio è tutt’altro che trascurabile.

Di seguito i risultati:

High Definition Audio Analysis
Supermassive – Differenza tra i contenuti audio da 24b/96Khz a mp3 320K
High Definition Audio Analysis
Supermassive – Differenza tra i contenuti audio da 24b/96Khz a mp3 128K

Di seguito i file audio ottenuti:

Supermassive-24b-96k-Diff-mp3-320k

Supermassive-24b-96k-Diff-mp3-128k

In questo caso ho preferito inserire solo 20 secondi di audio per file per non incorrere in problemi di copyright, visto che l’informazione persa è notevole, e dai file ottenuti è possibile ascoltare interamente la canzone (anche se con qualità scadente).

Adesso un po’ di teoria a supporto dei risultati ottenuti.

La risoluzione audio dipende da due fattori: i bit utilizzati per campionare il segnale e la frequenza di campionamento.

Iniziamo dai bit.

24 bit corrispondono a 2 alla ventiquattresima combinazioni, cioè 16777216 possibili variazioni nell’ampiezza del segnale. 16 bit, invece, corrispondono a 65536 valori di ampiezza.

La differenza tra 24 e 16 bit è notevole, ma dobbiamo considerare che una variazione nell’ampiezza del segnale in uscita (cioè il volume, in parole povere) di 1/65536 è praticamente impossibile percepirla perché è una variazione estremamente piccola. Infatti, dai risultati precedenti, è possibile vedere come la differenza tra l’informazione audio a 24 bit e 16 bit è praticamente nulla, ed anche amplificandola di 50dB risulta completamente trascurabile.

Quindi 16 bit, sia da un punto di vista matematico, sia dai risultati dei miei test, risultano sufficienti per garantire una fedele riproduzione audio.

La frequenza di campionamento, secondo il teorema di Nyquist-Shannon, deve essere al minimo il doppio della frequenza udibile. Quindi se vogliamo campionare da 0Hz a 22Khz sono sufficienti 44Khz, e questo è stato il ragionamento matematico che ha portato alla nascita del formato CD (la frequenza udibile va da 20Hz a 20Khz). I risultati dei test precedenti confermano quanto calcolato matematicamente: la differenza tra la traccia a 96Khz (o 192Khz) e quella a 44Khz è nulla nel campo di frequenze udibili.

A questo punto possiamo concludere con certezza che il formato 24 bit/192 Khz non contiene nessuna informazione utile in più rispetto al formato CD, e che il formato compresso Flac è ottimo per memorizzare file audio alla massima qualità senza occupare troppo spazio.

Non si può dire la stessa cosa del formato mp3, che, sopratutto a 128k, compromette la fedeltà del segnale audio registrato. Con un impianto di qualità, un orecchio particolarmente dotato può effettivamente non godere pienamente della qualità mp3 e, anzi, avere fastidio nell’ascolto.

Come ho specificato all’inizio di questo articolo, quanto affermato riguarda solo i formati digitali, perché per l’analogico, come ad esempio il vinile, il piacere di ascolto e la fedeltà della riproduzione possono essere completamente diversi, e, probabilmente, le differenze non sono facilmente quantificabili.

Buon ascolto a tutti.

Massimo Procopio

2 commenti

  1. Pietro

    Caro Massimo,
    pur non avendo avuto la fortuna di conoscerti direttamente, mi permetto di darti del tu.
    In questi giorni, complice la quarantena forzata, ho potuto impiegare del tempo nel tentare capire bene la faccenda dell’audio ad alta risoluzione. Mi ero già imbattuto in questo tuo articolo trovando ben fatto e soprattutto scevro da “psicoacustica”.
    Ho ripetuto le tue prove anche con mio materiale audio e tutto coincide. Del resto essendo io un elettronico e conoscendo bene il teorema del campionamento, non avevo dubbi.
    Inoltre ho messo su un sistema di confronto pratico tra sistemi di streaming.
    Hardware: Raspberry Pi+ Dac BB PCM5122 uPNP (S.o. Volumio)
    Software1: Su Macbook Audirvana con Qobuz che invia lo stream via uPNP all’hardaware
    Software2: Su Macbook Spotify Premium che invia lo stream all’hardware, che riceve con plugin Spotify apposito.
    Su Audirvana ho cercato album (su Qobuz) 24/192 che trovavo anche su Spotify (dettato alla massima qualità che credo sia 320 kbps).
    Con questo setup è possibile mettere in pausa su Audirvana e proseguire su Spotify sullo stesso brano quasi istantaneamente.
    Risultato: nessuna apprezzabile differenza, forse qualche dettaglio nei fiati e nelle voci, eccetto il volume diverso che, con gli appositi controlli del volume delle 2 applicazioni, ho cercato di rendere uguale.
    Spero che quanto scritto possa essere da te apprezzato.
    Saluti.
    Pietro

    1. massimoprocopio

      Ciao Pietro. Mi fa molto piacere leggere il tuo messaggio. Grazie a te, adesso ho una conferma in più della validità di quanto ho scritto in questa mia pagina.
      Online si trovano informazioni molto differenti, spinti dalla “psicoacustica” (hai trovato un nome perfettamente adeguato!!) o dagli sponsor.
      Sono convinto che possiamo riempirci di parole, ma solo i fatti parlano veramente. Per questo ho voluto fare un’analisi libera da preconcetti e ricca di dati solidi, e non
      di ipotesi o giudizi personali. Il test che hai fatto tu da ulteriore supporto ai miei, confermando che l’High Definition Audio non apporta migliorie di nessun tipo
      all’ascolto “casalingo”. Ti dirò di più, grazie ai test che ho fatto, sono portato a pensare che quella leggera differenza di dettaglio che hai percepito nei fiati e nelle voci, sia dovuto, più che altro, alla differenza di codifica, come probabilmente anche il volume, che tu, giustamente, hai portato allo stesso livello per poter condurre un’analisi adeguata.
      Grazie per il tuo supporto.
      Se hai dati che vuoi pubblicare e vuoi essere aggiunto come supporter di questa pagina, mandameli e farò una sezione in più con i tuoi test.
      A presto.
      Massimo

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