Il percorso del suono in studio

Posted in Elettronica (facile) per MusicistiNotizie e Aggiornamenti

La scorsa volta ci siamo occupati della elaborazione del segnale musicale nelle performance dal vivo. In quella situazione l’obiettivo è catturare l’esecuzione e proporla in tempo reale all’audience che (COVID a parte) è presente nella stessa sede.

L’obiettivo della registrazione in studio è, invece, quello di catturare la performance per memorizzarla in modo da renderla fruibile per l’ascoltatore in un momento successivo.

Dagli esordi di questa disciplina (le prime registrazioni erano su rullo di cera) l’evoluzione è stata grande. Il boom dell’industria discografica ha visto nastro magnetico e vinile come supporti di elezione nel mondo analogico sostituiti, negli anni ’80 del 1900, dal Compact Disc (CD) e dal Digital Audio Tape (DAT). L’introduzione sul mercato dei formati compressi e la conseguente intuizione di Steve Jobs di rendere la musica usufruibile come un servizio invece che un prodotto ci ha portato alla situazione attuale che vede la musica liquida (così viene definita la musica ascoltabile in streaming) fare da padrone seguita (da lontano) da una nicchia di mercato che ha fatto resuscitare il vinile. Di CD se ne vendono sempre meno…

Il nostro segnale musicale viene quindi elaborato in tre fasi principali:

Tracking: La performance viene ripresa con varie tecniche e memorizzata su un supporto che è digitale (Hard Disk o Solid State Disk) nel 99,99% dei casi. Pochissimi utilizzano ancora il nastro magnetico da un pollice per registrare 24 tracce (o multipli sincronizzando più apparati) per le esecuzioni dei singoli musicisti. Le esecuzioni possono essere contemporanee o differite (entrambe le tecniche hanno vantaggi e svantaggi).

Mixing: le singole tracce vengono elaborate e messe insieme per generare il programma stereo o nei vari formati immersivi (5.1, 7.1, ecc). La prima elaborazione consiste nell’editing ovvero nella eliminazione/correzione di eventuali errori, pulizia dei contenuti, ottimizzazione dello SNR e così via. Negli ultimi tempi, grazie alle enormi possibilità fornite dagli strumenti di editing (si pensi all’autotune) anche l’editing può rivestire un ruolo creativo. Successivamente si passa al mix vero e proprio nel quale tutte le tracce vengono combinate insieme ad ulteriori elaborazioni per produrre il programma finale.

Mastering: originariamente era la fase di ottimizzazione del segnale ottenuto dal mix per adeguarlo alle specifiche del supporto (nastro o vinile). Era un’operazione condotta da tecnici col camice bianco e lasciava poco spazio alla creatività.

Successivamente è diventata una disciplina a sé stante che, mantenendo l’aspetto di ottimizzazione, ha assunto ruoli creativi volti a “migliorare” l’impatto psicologico dell’ascolto.

Il prodotto di questa situazione è stata la “loudness war”. È noto che la percezione della qualità di un brano dipende dal volume con il quale questo è riprodotto. In particolare, un brano, riprodotto ad alto volume, viene considerato migliore dello stesso riprodotto ad un volume più basso. È abbastanza naturale, quindi, aspettarsi che i produttori cerchino di far sentire i loro brani ad un volume più alto possibile. Naturalmente prima o poi si raggiungeranno i limiti degli apparati di riproduzione e oltre un certo valore non sarà possibile salire. Nel caso di prodotti digitali il limite è lo 0dBFS che non bisogna assolutamente superare. Per superare questo ostacolo si è lavorato sul volume percepito (in inglese: perceived loudness). Questo è un fenomeno psico-acustico che ci fa percepire il volume di un brano con la dinamica spostata tutta verso il limite superiore più alto rispetto allo stesso brano che, pur raggiungendo lo stesso valore massimo, mantiene una dinamica più elevata.

A titolo di esempio, il volume di un brano i cui livelli vanno da -10dBFS a -1dBFS (dinamica di 9dB) genera un volume percepito più alto di un pezzo che si muove da -40dBFS a -1dBFS (dinamica di 39dB) nonostante entrambi abbiamo un valore massimo a -1dBFS. La situazione, in realtà, è più complessa ma l’esempio serve a far capire.

Questa storia, soprattutto in alcuni generi musicali, ha generato una vera e propria rincorsa alla perceived loudness più alta che ha lasciato sul campo un fattore determinante per la qualità musicale: la dinamica.

Il controllo di questa è opportuno e benvenuto in alcuni casi ma va effettuato sempre al servizio del messaggio musicale e non come obiettivo fondamentale.

Per fortuna ci si è resi conto di questo e, grazie alle regole definite dalle piattaforme di streaming, si sono posti limiti adeguati alla corsa (li vedremo meglio nel seguito). 

Torniamo al percorso del segnale. Se lo strumento è acustico o utilizza come parte integrante del timbro un amplificatore (è il caso, per esempio, delle chitarre elettriche) va ripreso con uno o più microfoni. In studio se ne utilizzano molti. Le tipologie principali sono:

A condensatore a diaframma largo: hanno il sensore (capsula di 1” di diametro) costituito da due sottili membrane metalliche separate da uno strato isolante (un dispositivo fatto così si chiama “condensatore”, appunto).
La vibrazione dell’aria fa vibrare le membrane che generano un segnale elettrico. Questo è di basso livello e deve essere amplificato. L’amplificatore è a bordo del microfono e può essere realizzato con dispositivi a stato solido (transistor) o a vuoto (valvole). Deve essere alimentato con una tensione che, di solito, è di 48V (phantom power). I microfoni con valvola hanno necessità di tensioni più elevate e quindi sono dotati di alimentatore specifico.
Esempi tipici di questa categoria sono Neumann U87 (stato solido), Neumann, U47 (valvola), SE Electronics RNT (valvola), SE Electronics 2300 (stato solido) che citiamo perché economico ma molto ben funzionante. Ovviamente sul mercato se ne trovano molti altri.

Neumann-U87 – diaframma largo

A condensatore a diaframma stretto: stesso principio di quelli a diaframma largo hanno il sensore di diametro inferiore. Questo consente una migliore risposta ai transienti senza effetti particolari sulla banda passante. Hanno quasi tutti i pre-amplificatori a stato solido e richiedono la phantom power. Tra questi troviamo i Neumann KM184, il Telefunken M60 o il Soyuz SU-013 (per citarne alcuni).

Telefunken m60 – diaframma stretto

Dinamici: in questo caso il sensore è costituito da una bobina di filo elettrico solidale ad una membrana che si muove (grazie alla vibrazione dell’aria) su un nucleo magnetico. La variazione di flusso magnetico che ne deriva genera un segnale elettrico ai capi dell’avvolgimento che è tale da non richiedere amplificazione a bordo. Esempi tipici sono Shure SM58 e SM57, AKG D112 o D12, SE Elctronics V7.

A nastro: In questo caso il sensore è costituito da un nastro metallico sospeso in un campo magnetico. Sono i più delicati della serie e temono sia le alte pressioni sonore (attenti con gli amplificatori per chitarra ad alto volume) che l’alimentazione phantom (in grado di bruciarli!). Esempi tipici sono il Royer Labs R-121 o il più economico SE Elctronics Voodoo VR2.

Royer-Labs-R-121 – a nastro

Il segnale ripreso dai microfoni viene elaborato con sistemi analoghi a quelli che abbiamo visto nel live. Essendo diverso l’obiettivo, però, si usano apparati che hanno caratteristica specifiche per la registrazione. Si può cercare la fedeltà massima e una risposta neutra oppure il colore e l’eufonicità. Dipende dalle scelte artistiche, dal contesto, dal particolare progetto.

Nel caso di ricerca di fedeltà e pulizia si usa il minimo possibile. Uno o più microfoni collegati ai rispettivi un pre-amplificatori (per portare il segnale a livello Line) e un convertitore A/D di qualità in modo da registrare su HD/SDD il segnale più fedele possibile alla sorgente. Tenete presente che i microfoni a condensatore sono più fedeli di quelli dinamici e, a loro volta (quasi sempre), sono più fedeli dei microfoni a nastro. Sinonimo di pre-amplificatore fedele è Millenia (HV-3C, ad esempio). Tra i convertitori A/D di qualità citiamo Apogee Symphony I/O. La fedeltà di riproduzione si ottiene utilizzando componenti molto lineari e circuiti a stato solido. Si riesce ad ottenere elevata larghezza di banda (da 5Hz a 100KHz) e comportamenti lineari fino a 26dBu.

Ci sono situazioni in cui può essere difficile evitare che il segnale superi la soglia di 0dBFS senza operare in modo opportuno. L’utilizzo originario del compressore è proprio quello di porre rimedio a questa situazione. Ad esempio, cantanti esuberanti possono avere, durante la performance, variazioni dinamiche importanti. Il compressore non fa altro che abbassare il guadagno a partire da un determinato livello (definito soglia o Threshold) di una quantità determinata dal rapporto di compressione o Ratio. In questo modo, nei momenti di massima enfasi, il compressore entra in azione riducendo il guadagno ed evitando la saturazione. Se si vuole rimanere in ambito di fedeltà e pulizia bisogna cercare compressori non invadenti come, ad esempio, il GML8900.

Spesso, però, si cerca di dare un’impronta caratteristica al segnale per renderlo più consono al genere o alle caratteristiche del progetto musicale. In questo caso entrano in gioco una serie di processori che hanno fatto la storia della musica non tanto per la loro funzione (comunque importante) quanto per il colore particolare che portano come contributo al risultato finale.

Questo contributi dipende dai componenti utilizzati e dal design specifico del circuito. L’insieme di questi fattori ha poco a che fare con la pulizia e molto di più con la distorsione armonica che è un fenomeno in apparenza negativo ma che, a giuste dosi, può rendere magico quello che si ascolta. Approfondiremo nel seguito, per ora ci basterà sapere che alcuni componenti (trasformatori, induttori ma anche transistor e valvole), opportunamente sollecitati, aggiungono una leggera distorsione armonica che rende il suono più eufonico e piacevole all’ascolto. Anche le differenze nella elaborazione della fase che caratterizzano alcuni equalizzatori possono avere risultati interessanti. Di fatto esiste una certa quantità di processori che trova la sua ragione di essere in studio proprio per il particolare contributo sul timbro che diventa quasi preponderante rispetto alla funzione originaria.

Ne riportiamo un breve, e sicuramente non esaustivo, elenco:

Tra i pre-amplificatori troviamo il Neve 1073 che insieme allo API 512 rappresenta il suono del rock. Degno di nota è anche lo Universal Audio (o UREI) LA610 a valvole.

Neve-1073

Tra gli equalizzatori citiamo la sezione EQ del Neve 1073 che è un classico dagli anni ’70, il Pultec EQP-1A (o le sue numerose rivisitazioni moderne) molto particolare grazie al circuito di intervento sulle frequenze passivo seguita da un amplificatore a valvole per ripristinare i giusti livelli. In casa API è impossibile non citare il 550A a tre bande o il 550B a quattro.

Tubetech-PE1C

Per quanto riguarda invece i compressori, le varie versioni dello UREI1176 (compressore a FET ora prodotto col marchio Universal Audio) o gli LA-2A della stessa casa (a valvole con accoppiatore ottico per il controllo del guadagno). Notevoli anche i compressori “vari-µ” che sfruttano una particolare caratteristica dei tubi elettronici per controllare il guadagno. Citiamo lo STA Level prodotto attualmete da Retro come rappresentante di questa categoria o il Double Wide (sempre Retro) per il formato VPR500 (il formato VPR500 è stato introdotto da API e poi utilizzato da tutti i costruttori di HW per l’elaborazione audio per via della estrema praticità e della possibilità di inserire molti processori in poco spazio).

API-500VPR

Come qualcuno di voi avrà notato, utilizzando questi componenti si riproduce la catena di elaborazione che abbiamo trovato nel live quando abbiamo parlato delle channel strip. In questo caso, però, è possibile (auspicabile) combinare componenti di marchi diversi per ottenere un suono caratteristico e personale. Le possibilità sono infinite e il limite è solo la fantasia.

I suoni registrati durante la fase di tracking sono memorizzati tipicamente su Hard Disk o Solid State Disk utilizzando software specifici che prendono il nome di Digital Audio Workstation (DAW). Questi sono programmi in grado di aiutarci in tutte le fasi della produzione musicale. Lavorano (ovviamente) in ambito digitale e potrebbero, con il solo aiuto di una interfaccia audio e di una coppia di monitor, sostituire tutto l’hardware presente in studio grazie anche ai progressi delle tecnologie di emulazione dei circuiti analogici. Tra le DAW più diffuse troviamo Avid Pro Tools, Steinberg Nuendo o Cubase, Apple Logic, Presonus Studio One, Ableton Live e Reaper. Le possibilità delle DAW possono essere espanse grazie all’utilizzo di moduli aggiuntivi (denominati plug-in) in grado di svolgere funzioni originali o di riprodurre il comportamento di hardware di qualità a una frazione del prezzo.

Una interfaccia audio è un sistema dotato di ingressi e uscite analogici e di una opportuna quantità di convertitori A/D e D/A grazie ai quali si realizza la connessione tra il mondo analogico e quello digitale. Ne esistono di tutti i livelli e qualità. Possono avere pochi (due) o molti (anche 32) ingressi e uscite, consentire o meno elaborazione in tempo reale e si connettono al computer mediante interfacce generiche (Tunderbolt o USB) o specifiche (MADI, DANTE, ecc). Alcune hanno la  la capacità di emulare circuiti analogici in modo molto fedele grazie a una tecnica (il physical modeling) che ha trovato notevoli applicazioni in questi ultimi anni (il physical modeling trova applicazione anche nei plug-in, saremo più precisi nei prossimi articoli).

Una volta che tutte le parti del brano in elaborazione sono memorizzate sul supporto prescelto (nastro o HD/SDD) diventa necessario combinarli per avere il mix finale.

Nel caso di registrazione su nastro (ormai utilizzata pochissimo e preferita, ancora una volta, per la particolare compressione sulle alte frequenze insita nella metodologia di registrazione su supporto magnetico) il mix si fa in analogico riportando tutte le tracce agli ingressi di una console specificamente disegnata per il lavoro in studio.

Rispetto alle console live troviamo capacità di routing del segnale più versatile, un numero maggiore di aux e bus in uscita, una sezione di gestione dei monitor e della control room. Console di questo tipo sono prodotte, tra gli altri da Solid State Logic (SSL), Neve, API, Audient.

Le funzionalità della console sono espanse con una nutrita serie di dispositivi (compressori, equalizzatori, modulazioni e ritardi) che facilitano o caratterizzano ulteriormente il risultato. I processori sono gli stessi già citati utilizzati in fase di tracking.

Per quanto riguarda gli effetti di modulazione e ritardo vale la pena citare Lexicon, TC Electronic, Eventide e AMS Neve. Esistono anche outboard stereofonici per l’elaborazione dei segnali mixati. Citiamo tra questi i bus compressor di SSL (Xlogic Stereo Compressor), lo AMS Neve 33609, il GML 8200 di George Massemburg Lab.

SSL Origin

La console con i processori esterni (definiti, genericamente con il termine outboard) possono essere utilizzati anche insieme alla DAW con supporto digitale. In questo caso si parla di mix out-of-the-box in contrapposizione al mix-in-the-box ottenuto rimanendo in ambito digitale ed utilizzando il mixer interno alla DAW con eventuali estensioni sotto forma di plug-in (che rappresentano l’equivalente degli outboard in analogico). Per facilitare la manualità sono state introdotte delle superfici di controllo che riproducono i controlli fisici di un mixer reale e che, però, interagiscono con la DAW modificandone direttamente i parametri del mixer e degli effetti.

Avid-ArtistMix

Esiste una ulteriore possibilità di mix ibrido tra analogico e digitale. Invece di utilizzare l’intera console i produttori hanno reso disponibile soltanto la sezione di somma del mixer. Utilizzando un sommatore (tipicamente a 8 o 16 ingressi) si esce dalla DAW, passando eventualmente per outboard selezionato) si passa per il sommatore e si rientra nella DAW con un segnale stereo che rappresenta il mix.

Il vantaggio del mix completamente analogico con supporto a nastro è il suono che, a detta di molti, è inarrivabile. Lo svantaggio e il costo (per un registratore a nastro, una console di qualità più outboard di livello possono servire 300.000€ senza contare i costi di elettricità e manutenzione).

Il vantaggi del mix completamente in the box sono la praticità, la semplicità di recall della sessione, la possibilità di avere più versioni dello stesso mix, il basso costo (per un sistema completo di qualità elevata possono bastare 5.000€). Vale la pena considerare che, con la qualità attuale di DAW e plugin, risulta veramente arduo distinguere un mix fatto in analogico da uno completamente digitale.

Una volta terminato il mix il prodotto è pronto per il mastering. Questa fase ha due obiettivi fondamentali. Uniformare in termini di livelli e caratteristiche timbriche i vari brani di un progetto. Ottimizzare il prodotto finale per il supporto di destinazione.

In questo caso i dispositivi più usati sono l’equalizzatore, il compressore (eventualmente multibanda) e il limiter.

Mentre nel mix spesso si cerca colore, nel mastering gli interventi tendono ad essere chirurgici e all’insegna della massima pulizia. Esistono ottime mastering suite completamente realizzate in forma di plugin (tra queste Ozone di Izotope o IK Multimedia T-Racks) che consentono di terminare l’intero processo rimanendo in digitale. Anche in questo caso, però, ci sono produttori di hardware che hanno fatto la storia del mastering. Tra questi citiamo Manley, Dangerous Music, Elysia e SPL.

Manley-Mastering-Massive-Passive

Qualche cenno di storia sui nomi più importanti che avete letto fino ad ora.

Georg Neumann è vissuto a cavallo della metà del 900 in Germania dove ha fondato la compagnia omonima (produttrice di microfoni) che, complice un bombardamento su Berlino, aveva due sedi. Una a Berlino e una in una cittadina lì vicino: Gefell. La suddivisone della Germania in due a seguito del termine della seconda guerra mondiale ha fatto sì che le due sedi si trovassero in nazioni diverse e per niente intenzionate a comunicare. Georg è rimasto a Berlino e i dipendenti dell’altro stabilimento hanno fondato una società che esiste ancora oggi e fa ottimi microfoni: la Microtech Gefell

Bill Putnam (non citato in precedenza) ha invece fondato la UREI che è diventata successivamente Universal Audio. A lui dobbiamo l’esistenza del pre UA610, del compressore a FET 1176 e del compressore ottico LA-2A.

Rupert Neve ha progettato (tra le tantissime cose) il pre-amplificatore più famoso del mondo: il Neve 1073. Il suo contributo non si è esaurito con quel progetto e il buon Rupert ha fatto la storia dell’audio professionale passando per AMEK-Neve, Focusrite e, da qualche anno, in Rupert Neve Designs.

George Massenburg, fondatore di George Massemburg Lab (GML) è famoso per le sue capacità tecniche e di produzione musicale ma anche per aver inventato l’equalizzatore parametrico che è uno strumento fondamentale nel trattamento dei segnali audio.

Terminiamo qui l’esposizione sul percorso del suono che ci serviva per contestualizzare dove e quando si ricorre all’elettronica per elaborare segnali musicali. Dal prossimo articolo scenderemo nel dettaglio e parleremo dei componenti che servono per realizzare apparati elettronici così importanti per il mondo della musica. A presto!

Sono un ingegnere elettronico con la passione per la musica ed il suono. Mi sono avvicinato alla musica da autodidatta (salvo una breve parentesi alla University of the Blues di Dallas) e ho suonato nei peggiori locali italiani (con casuali puntate all'estero).
Ho costruito la mia prima radio FM appena finita la terza media. Ho continuato con amplificatori a valvole e transistor fino ad arrivare alla produzione di circuiti integrati.
Collaboro da anni con varie riviste (cartacee e web) di musica nelle quali mi occupo di recensioni di strumenti musicali e sistemi per l'elaborazione del suono. Trovate le mie pubblicazioni su Accordo (accordo.it), la rivista Chitarre (dal 2010 al 2015) e su Audio Central Magazine (audiocentralmagazine.com).
Produco musica da un po' nello NTFC Studio che serve sostanzialmente per le produzioni di NTFC Band.

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