Il termine
“compressione” viene utilizzato in ambiti diversi con significati diversi.
In elettroacustica
per compressione si intende il processo utilizzato, per esempio, per ridurre il
rumore delle cassette audio (compressione in registrazione -> espansione
all’ascolto = meno rumore di fondo). Si veda Dolby e DBX.
La
compressione del segnale audio si basa sui sistemi di controllo automatico del
guadagno (AGC) i quali, detto in soldoni, valutano l’ampiezza del segnale e
alzano il volume quando questo è basso e lo abbassano quando è alto. In questo
modo la musica viene riprodotta con un livello medio meno variabile (meno dinamica). La compressione viene “dosata”
secondo le esigenze. Nel caso della realizzazione di un disco in vinile è
necessario applicare una certa quantità di compressione per mantenere le
dimensioni fisiche del solco del disco entro i limiti accettabili.
Uno dei
vantaggi del CD audio rispetto all'LP è proprio la maggiore dinamica. Con i CD
audio la compressione dinamica può essere utilizzata in modo più limitato o non
usata per nulla. Dal punto di vista tecnico, la compressione modifica l'inviluppo
del segnale e, di conseguenza, ne altera lo spettro (teoria dei segnali ->
segnali analitici).
Sempre in elettroacustica,
riferito agli altoparlanti, si parla di distorsione per compressione che è
dovuta a due cause:
-
il riscaldamento della bobina mobile (che aumenta Re e
quindi riduce l’efficienza)
-
la diminuzione di Bl quando la bobina mobile esce dalla
regione dove il campo B è costante.
In
entrambe i casi viene a mancare la proporzionalità tra la tensione applicata e
la pressione prodotta dell’altoparlante, Da qui il nome distorsione per
compressione o compressione.
In informatica
il termine compressione indica invece
una tecnica per ridurre le dimensioni fisiche di un file (ridurre lo spazio
occupato nel disco fisso). Chi utilizza il PC sa che un documento
"zippato" occupa meno spazio su disco rispetto all'originale. Quando
si comprime un documento si pretende che l'operazione contraria (estrazione,
espansione, decompressione….) restituisca il documento originale senza
alterazioni (compressione senza perdita di informazioni). Lo zip di un file è
un esempio di compressione “lossles” senza perdita di informazioni.
Per quanto
riguarda le immagini ed i file audio, il continuo sforzo teso a ridurre le dimensioni di questi file hanno
condotto i ricercatori a definire dei formati compressi “con perdita di
informazioni”. In buona sostanza, pur di ridurre le dimensioni del file, si
accetta di memorizzare un numero inferiore di informazioni. L'esempio più
banale riguarda il numero di sfumature di colore presenti in una immagine: se
i 64000 colori originali vengono
ridotti a 256 le dimensioni del file si
dimezzano (ma la qualità dell'immagine peggiora). La ricerca si è quindi sforzata
di individuare quelle informazioni, presenti nelle fotografie e nella musica,
che “occupano spazio” ma “non sono fondamentali”. Più si riduce il numero di
informazioni più diminuiscono le dimensioni del file. Il non essere
fondamentale non implica che una informazione sia inutile.
Quindi la
compressione (o riduzione) delle dimensioni di un file può essere realizzata
"senza perdita di informazioni" (lossles) o "con perdita di
informazioni" (lossy). Ciò vale per le immagini (formati BMP e JPG) e per
i file audio (formato .wav e mp3).
File audio
Il formato
WAVE (estensione .wav) è un formato non compresso (senza perdita di
informazioni) utilizzato per archiviare i contenuti musicali. Il formato
.WAVE prevede molte varianti. Se il
formato WAVE è realizzato “in qualità CD” allora il file contiene un segnale campionato
a 44100 Hz (44100 campioni al secondo) e ogni campione è composto da 16 bit (2
byte) . Come per i CD. Ne segue che un secondo di musica richiede una quantità
di memoria (o di spazio su disco) pari a :
2 x 44100
= 88200 kByte
se il
segnale è stereofonico questo numero va raddoppiato. Per ottenere la dimensione
di un file .wav che contiene un minuto di musica monofonica si deve
moltiplicare 88200 per sessanta:
88200 X 60
= 5292000 (oltre 5 Mbyte)
se un CD
contiene 74 minuti di programma stereofonico risulta
74 x 2 x
5292000 = 783216000 pari a circa 740 MByte ( 1 MByte = 1024*1024 byte)
Il formato
MP3 (che è un formato compresso con perdita di informazioni) consente di
ridurre le dimensioni del file musicale (fino a 11 volte) ma questo comporta
una "semplificazione" del segnale al quale vengono tolti quei
dettagli che, a giudizio di chi ha elaborato gli algoritmi di compressione, non
sono essenziali o non sono udibili perché mascherati (almeno con i lettori
portatili). Meno si comprime, meno si risparmia in dimensione, meno dettagli si
perdono. Un minuto di musica dura sempre un minuto anche se è compresso in MP3
quello che cambia è la dimensione del file audio e la qualità della
riproduzione.
Un file
audio è caratterizzato da due parametri fondamentali: il numero di campioni al
secondo e il numero di bit utilizzati per rappresentare l'ampiezza del singolo
campione.
|
Aumentando
il numero dei campioni al secondo |
aumenta
la banda passante (la massima frequenza riprodotta). |
|
Aumentando
il numero di bit della conversione |
migliora
la risoluzione del segnale (diminuisce la differenza tra segnale campionato e
segnale reale) e diminuisce il rumore di quantizzazione. |
Tutto ciò
costa in termini di dimensioni del file audio.
Tanto per
fare un esempio raddoppiando il numero di campioni da 44100 a 88200 la
dimensione del file raddoppia. Passando da 16 a 24 bit di risoluzione la
dimensione del file aumenta del 50% ( si passa da 2 byte a 3 byte per
campione).
A conti
fatti passando da 16bit/44100 a 24bit/88200 le dimensioni del file audio
aumentano di 3 volte (invece di un CD ce ne vorrebbero 3). Che differenza ci
può essere tra un file 16bit/44100 ed uno 24bit/88200? Dal punto di vista
strettamente tecnico le differenze sono tre:
-
rumore di quantizzazione ( teoricamente 256 volte più basso)
-
banda passante (doppia: 44100 Hz invece di 22050 Hz)
-
dinamica (teoricamente aumenta di +48 dB passando da 90 a 138 dB)
con queste
premesse c'è da aspettarsi che anche il "suono" di una registrazione
realizzata a 24bit/88200 sia diverso (e potenzialmente migliore) da quello di
una 16bit/44100. I CD Audio (16bit/44100), al momento attuale, rappresentano un
buon compromesso tra prestazioni, capacità di memorizzazione e prezzo. Altri
formati, anche più performanti, non sembrano aver ottenuto il necessario
successo commerciale (SACD).
Byterate (o
anche bitrate)
il
byterate è il numero di byte che devono essere processati ogni secondo per
ricostruire il segnale musicale. Nel caso del CD audio questo vale 176400
byte/secondo (88200 per canale).
Nel caso
di file compressi in MP3 il byterate è sempre inferiore a 176400 (altrimenti
conviene utilizzare il file .wav). Più il byterate è basso, più il file è
compresso (meno informazioni) e più bassa è la qualità. In ogni caso un minuto
di musica rimane un minuto di musica (di qualità diversa).
Il bitrate
è il numero di bit al secondo. Dato che un byte è composto da 8 bit il bitrate
è pari a 8 volte il byterate.
Malgrado
la superiorità dei formati digitali (specie ad alta risoluzione) molti audiofili
preferiscono la riproduzione degli LP.