Apogee e SoundGrid: conversione digitale di altissima qualità e trasporto su LAN

Il trasporto di molti canali di audio digitale su una comune infrastruttura di LAN è ormai cosa acquisita da anni nel settore professionale, dal vivo e nelle installazioni fisse. Ma ora è il momento di saperne di più anche per gli home-recordist perché il costo di questa tipologia di prodotti sta diventando sempre più accessibile e le soluzioni offerte sono sempre più interessanti. L’occasione per parlarne è stata la visita di noi di New Musical Instruments alla sede di Soundwave, distributore italiano di Apogee: qui abbiamo potuto vedere e provare una soluzione basata su interfacce audio Apogee Symphony e tecnologia Waves SoundGrid, una delle soluzioni possibili per l’audio-over-LAN.

Perché trasportare l’audio in rete locale

Ai tempi in cui l’audio era solo analogico, trasportare molti canali – magari su distanze di decine di metri come avviene nei concerti e negli studi di grandi dimensioni – era un’impresa: cavi grossi, pesanti, costosi; elevata possibilità di intercettare ronzio anche con connessioni bilanciate; possibilità di interrompere un collegamento a causa di rotture meccaniche del cavo, dei connettori o delle loro saldature. In seguito è arrivato l’audio digitale e soprattutto il formato MADI (Multichannel Audio Digital Interface) che è capace di portare 56 canali fino a 48 kHz di sampling rate e 28 canali con SR massima di 96 kHz. Pur molto diffuso in ambito pro, anche il MADI ha dei limiti: anzitutto è una connessione unidirezionale, che quindi può portare solo un’uscita di una macchina verso l’ingresso di un’altra. Ma soprattutto, per sua natura il MADI è un collegamento punto-punto, tra un solo apparato trasmittente e un solo apparato ricevente. Vi possono invece essere situazioni in cui vi sono più di due dispositivi in un’installazione ed è desiderabile far parlare per esempio un’unica sorgente con più destinazioni: pensate al caso di un live in cui i segnali digitalizzati provenienti dal palco devono andare sia al mixer per la diffusione dal vivo (cosiddetto FOH, Front Of the House), sia a una regia che appronta un mix diverso per la trasmissione radiotelevisiva e la registrazione del concerto. Oppure pensate a uno studio con più sale di ripresa ma un’unica regia, in cui magari si desidera registrare la batteria nella sala A ma le chitarre nella sala B che ha un riverbero naturale più adatto: qui si tratta di prelevare a turno il segnale digitale generato in due sale diverse e poi mandarlo allo stesso mixer, cosa che implica la necessità di routing se ogni sala ha il suo convertitore A/D residente.

Ecco, “routing” è la parola chiave: senza stare a reinventare l’acqua calda, ben presto gli sviluppatori di audio pro si sono resi conto che sarebbe stato possibile riutilizzare per il trasporto di segnali musicali le stesse tecnologie, le stesse apparecchiature e gli stessi cavi usati in informatica per allestire una LAN ove tutti i suoi computer parlano tra di loro, accedono a un pool di stampanti condiviso e magari possono essere amministrati da remoto. Si è così sviluppata la tematica dell’Audio-over-Ethernet (che sfruttano il Livello 2 della piramide ISO-OSI perché utilizzano solo l’infrastruttura di rete e le sue capacità di routing fisico) e dell’Audio-over-IP (che arrivano a sfruttare il Livello 3 ISO-OSI perché impiegano le capacità di routing del protocollo IP). Negli ultimi anni si sono sviluppate più soluzioni di audio digitale su rete locale, sia proprietarie che aperte: le più note sono probabilmente Audio Video Bridging (AVB, standard aperto), CobraNet (proprietario, sviluppato con QSC), RAVENNA (aperto), DANTE (proprietario), SoundGrid (proprietario, sviluppato da Waves Audio). Queste soluzioni non sono purtroppo in grado di interoperare l’una con l’altra e, mentre sfruttano abitualmente le infrastrutture e gli apparati di LAN normalmente utilizzati per costruire reti Ethernet, non sempre possono viaggiare su una rete Ethernet preesistente e destinata anche ad altri usi, ma richiedono una rete dedicata apposta per loro. La possibilità di usare i normali cavi CAT5/CAT6 e gli apparati di rete quali router e switch abitualmente impiegati per i cablaggi Ethernet rende comunque queste soluzioni molto facili ed economiche da implementare, oltre che versatili. Alcuni standard richiedono l’uso di soli router certificati e/o di cavi superiori al vecchio CAT5, ma di base resta che i componenti necessari sono sempre molto diffusi e quindi poco costosi.

La soluzione SoundGrid di Waves e l’implementazione di Apogee

Per quanto possa sembrare strano, a sviluppare il formato SoundGrid di audio-over-Ethernet è stata un’azienda specializzata in plug-in come Waves e non in hardware di conversione analogico-digitale, registrazione o mixaggio come di solito accade per questo tipo di soluzioni. La spiegazione di ciò è che il sistema SoundGrid prevede varie funzioni, tra cui anche quella di un server dedicato che può eseguire i plug-in Waves compilati in formato proprietario e metterli a disposizione degli apparati client. Non è però necessario aver bisogno di tali plug-in per usare SoundGrid, che infatti si presta benissimo anche a soli scopi di trasporto audio e controllo.

SoundGrid prevede dunque che si possa usare un SG Server che contiene una customizzazione di Linux per far girare i plug-in, e un normale PC Macintosh o Windows che attraverso l’applicazione di controllo MultiRack fa da consolle di sistema. Le CPU usate negli SG Server sono Intel e il trasporto fisico di tutto il sistema è su Ethernet, in modo da garantire un basso costo complessivo di implementazione. I plug-in compatibili vengono elaborati a latenza bassissima (nell’ordine di 1 msec) e tutto il sistema è pensato per operare in tempo reale. È noto infatti che i sistemi MacOS e Windows non sono ideali per il real-time processing, mentre per sua struttura il Linux consente latenze bassissime che rendono i sistemi SoundGrid concorrenziali con sistemi basati su DSP dedicati. Secondo Waves la divisione di carico tra CPU dedicate al processing audio e altre alla gestione del sistema è la soluzione-chiave che garantisce la stabilità e la bassa latenza. I sistemi SoundGrid sono ampiamente scalabili in quanto è possibile aggiungere server e interfacce a quelli già esistenti per ampliare le possibilità di elaborazione e collegamento della propria installazione.

Per collegarsi a un sistema SoundGrid è necessario che l’interfaccia audio che effettua le conversioni A/D e D/A possieda una schedina dedicata che integra in sé un FPGA programmato per convertire il formato dell’audio digitale interno (tipicamente I2S) in quello usato dal protocollo SoundGrid.

Per questa ragione alcune interfacce audio per SoundGrid sono dotate di tale modulo opzionale, mentre altre scelgono la strada della versione dedicata. Apogee Electronics, marchio che certamente non ha bisogno di presentazioni nell’ambito della conversione analogico-digitale di elevata qualità (qui una sua presentazione), ha scelto quest’ultima strada e attualmente propone una versione dedicata a SoundGrid della sua Symphony I/O Mk II: ricordiamo che si tratta di un’unità di conversione A/D e D/A ad altissime prestazioni che, avendo struttura modulare, può essere configurata da otto fino a 32 canali di I/O e accanto agli ingressi linea può montare opzionalmente otto canali di preamplificazione microfonica (qui un link se volete saperne di più sulla tecnologia Apogee dei pre micro). Symphony I/O Mk II dispone di un touch screen di controllo e, oltre che in questa versione abilitata per SoundGrid, è disponibile anche nelle versioni con connettività Thunderbolt e ProTools HD.

Il Sistema Apogee-SoundGrid

L’allestimento di un sistema SoundGrid con al centro una Apogee Symphony I/O Mk II parte dall’interfaccia e dalla sua connessione con una rete dedicata: non è infatti possibile collegare SoundGrid a una rete Ethernet già esistente e usata per altri scopi. Gli switch da utilizzare sono di normale produzione ma vanno scelti tra quelli certificati da Waves, mentre i cavi da impiegare sono CAT5E, CAT6 o CAT7. Con una rete di 1 Gbit/sec le distanze massime supportate sono di 100 metri tra l’interfaccia audio e lo switch, e tra l’host e lo switch, mentre se si utilizza un SoundGrid Server per accelerare i plug-in proprietari esso deve essere entro 10 metri dallo switch per non penalizzare l’elaborazione in tempo reale.

La capacità di trasporto è di ben 128 canali a 24 bit/96 kHz su singolo cavo Ethernet. Il protocollo SoundGrid offre la possibilità di controllare da remoto i pannelli di controllo delle interfacce audio collegate, cosa che altri sistemi come per esempio DANTE non consentono. Sono possibili diverse configurazioni di rete e di interconnessione tra varie macchine:

Una sola interfaccia e un solo PC
In questo caso la connessione è analoga a quella di un’interfaccia audio collegata direttamente via USB o Thunderbolt al PC, ma il vantaggio è che la distanza tra I/O analogico e computer può essere molto elevata e il collegamento avviene tramite economico cavo Ethernet. Da non sottovalutare inoltre che SoundGrid può essere usato come bridge software per trasferire l’audio in tempo reale tra più applicazioni residenti sullo stesso PC (per esempio, ProTools e Ableton Live), come una specie di “mega-ReWire”.

Una sola interfaccia connessa a più PC
In questo scenario è possibile collegare un’unica interfaccia a più PC, ognuno dei quali può avere una propria DAW. È per esempio il caso descritto sopra in cui l’interfaccia è posizionata su un palco o in più sale di ripresa e poi il suo segnale viene elaborato da più studi per produrre mix diversi destinati a utilizzi diversi. Il limite del sistema è che SoundGrid permette a tutti i PC della rete di accedere agli ingressi, in modalità condivisa e non esclusiva. Le uscite disponibili possono essere assegnate a più computer del sistema, ma ciascuna porta di output viene assegnata in maniera esclusiva a un solo computer.

Più interfacce connesse a più PC
Questo è lo scenario più complesso e prevede che più PC ciascuno con la sua DAW possano accedere a diverse combinazioni di canali di I/O provenienti da diverse interfacce. Una configurazione per esempio può essere quella di aggregare due interfacce da otto canali in un unico device di registrazione a 16 canali e mandare tale device a una sola DAW della rete, mentre un’altra DAW su un altro computer gestisce la terza interfaccia da otto canali per un utilizzo completamente diverso. In generale può essere utile anche in quegli studi con più regie e più sale di ripresa per permettere di usare qualsiasi sala e connetterla a qualsiasi mixer di una delle regie disponibili.

Utilizzo del SoundGrid server
In questa configurazione si inserisce un hardware ulteriore, che è il server SoundGrid che supporta l’elaborazione dei plug-in proprietari per non appesantire il PC che ospita la DAW. È utile soprattutto dove i carichi di plug-in siano elevatissimi e si voglia al contempo una latenza di elaborazione bassissima, per esempio dal vivo con tanti canali contemporanei o in larghe sessioni di mixaggio in studio.

Utilizzo di un’interfaccia non-SoundGrid all’interno di un sistema SoundGrid e uso di sistemi “guest”
Se più PC sono collegati a un sistema SoundGrid, è possibile far vedere al sistema anche un’interfaccia audio non abilitata a SoundGrid purché sia attaccata in locale al PC che fa da consolle di sistema (può essere una normalissima interfaccia audio USB, anche di basso costo). La condizione è usare l’apposito driver SG scaricabile gratuitamente. L’uso di sistemi “guest” è anch’esso possibile e favorisce la collaborazione tra musicisti e studi: immaginiamo per esempio che un musicista si rechi col proprio laptop su cui ha installato Ableton Live in uno studio dotato di sistema SoundGrid. Tale studio ha un host che gira ProTools e ad esso è collegata una Symphony I/O Mk II. È allora sufficiente collegare il laptop alla rete Ethernet del sistema SG, installare su di esso il driver SG e aprendo il progetto di Live sarà possibile fare il suo streaming direttamente nel sistema SoundGrid e usare la Symphony per l’ascolto delle tracce di Live.

Utilizzo dal vivo
Tramite SoundGrid esiste anche la possibilità di utilizzare il mixer digitale software di Waves (eMotion) in abbinamento a un computer con touch screen e una o più unità Symphony I/O Mk II per disporre dal vivo di una console di mixaggio digitale dotata della celebre qualità di conversione Apogee e configurabile in base alle proprie esigenze di numero di I/O.1: Host computer. 2: SoundGrid server. 3: SoundGrid I/O interface. 4: SoundGrid-compatible 1Gb Ethernet switch.

Il controllo del sistema

Un sistema SoundGrid è controllato dalla citata app MultiRack, disponibile per Mac e Windows. Se si dispone di un Server SG per far girare i plug-in in formato proprietario, si utilizzano dei Rack effetti ove si possono impilare fino a otto plug-in diversi per ciascun Rack e assegnare tale catena a qualsiasi input e qualsiasi output presenti nel sistema.

Per configurare con tale applicazione un sistema SG l’utente assegna le porte di input e output attraverso uno schema a matrice, configura i Server, imposta frequenza di campionamento, buffer e latenza, gestisce graficamente i vari componenti hardware e ove questi lo permettano riesce ad accedere remotamente ai loro pannelli di controllo. Il sistema offre inoltre la possibilità di impostare ridondanze in modo da gestire dinamicamente anche eventuali crash in applicazioni mission-critical (per esempio, una diretta video internazionale o un grande concerto).

La prova sul campo

Abbiamo testato le funzionalità di un sistema SoundGrid complesso presso la sede di Soundwave, il distributore italiano di Apogee. Il cortesissimo e preparato staff di Soundwave ci ha messo a disposizione due Symphony I/O Mk II, la prima con otto canali e la seconda con otto canali e otto mic pre. Il sistema era gestito da un Mac che girava ProTools e nella stessa rete era integrato anche un PC Windows che girava Ableton Live. Nelle proprie installazioni i tecnici Soundwave sono riusciti a misurare latenze molto, molto basse, nell’ordine dei 2,5 msec round-trip e questo si riflette immediatamente sulla prontezza e robustezza del sistema.

Attraverso l’app di controllo è stato immediato mappare i pre della Symphony che li aveva a bordo come ingressi del sistema, e usare l’altra Symphony come uscite audio. Anche le tracce di Ableton Live del computer Windows sono state immediatamente riconosciute e riprodotte attraverso le uscite delle interfacce Apogee connesse al sistema ProTools.

Più di tutto, ha colpito la fluidità del funzionamento e la semplicità delle operazioni di mappatura e assegnazione I/O. Tutto il sistema è infatti gestito da interfacce grafiche estremamente chiare e autoesplicative, che rendono immediata l’operatività. È stato anche immediato integrare un compressore analogico (per la cronaca, un Golden Audio Project COMP-2A prelevato al volo da uno scaffale del magazzino) all’interno del sistema per usarlo come plug-in di effetto.

Infine, una volta aperta una delle due Symphony I/O Mk II è stato possibile apprezzare l’elevatissimo grado di integrazione dei componenti che caratterizza questo prodotto, e soprattutto l’elevata qualità della costruzione: uno sguardo all’interno è in grado di spiegare in pochi secondi il perché della bontà del suono Apogee.

In definitiva, la dimostrazione di un sistema SoundGrid basato su prodotti Apogee è stata pienamente convincente per il modo in cui elevate prestazioni audio e gestione globale di un sistema complesso vengono messe sotto controllo in maniera facile e intuitiva. La connessione SG al momento è riservata alla Symphony I/O Mk II in quanto interfaccia di fascia alta del catalogo Apogee, ma col tempo e la diffusione del sistema è sperabile che tale connettività si estenda anche a prodotti più economici.