Introduzione all'Audio Digitale

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Questo 3d nasce dalla proposta dei mod di fare del forum un luogo di apprendimento diverso dal solito domanda&risposta (vedi a tal proposito il 3d ...), e dalla mia convinzione che quando sai qualcosa, per quanto poco, devi fare in modo di divulgarla quanto possibile!

Ecco quindi che, senza nessuna pretesa di essere esaustivo o troppo”tecnico”, mi sono proposto (un po' di tempo fa) per una piccola documentazione sull'audio digitale e il suo utilizzo.

Per prima cosa andremo ad affrontare il problema del suono, cos'e' e che cosa ha a che fare con il vostro computer, poi vedremo di analizzare un poco i piu' diffusi formati audio. Per ora mi sono documentato su wav, mp3 e ogg vorbis, non si sa mai che riesca a parlarvi pure di altri formati (in particolare si accennava con jaber alla possibilita' di estendere quanto andro' a scrivere anche nel campo del video digitale, estremamente simile per quanto riguarda le problematiche che ne derivano).

Chiunque voglia contribuire a questo 3d e' ben accetto, che sia con consigli, aggiunte, domande o quant'altro.

Detto questo, vediamo di cominciare, la campanella e' suonata da un pezzo!

Prima di aggiungere la parola digitale, soffermiamoci un po' su cosa sia l'audio, e quindi cosa sia il suono.
Sono l'ultima persona su quesa terra che puo' mettersi a insegnarvi la fisica del suono, ma penso che gia' sappiate che noi percepiamo come suoni delle onde che si vegono a formare nell'aria come zone piu' o meno compresse. Le differenze di pressione dell'aria colpiscono la membrana del nostro orecchio interno che comincia a vibrare, stimolando poi il nervo uditivo e permettendovi di dare soddisfazione alle 30€ dell'album di Zappa che vi siete comprati.

Per sua natura, il suono e' analogico: si parla di misurare la pressione dell'aria, non di leggere sequenze di zeri e uni. E il nostro orecchio e' un meraviglioso recettore analogico, sensibile al suono ed alle sue fondamentali caratteristiche: frequenza e ampiezza. La frequenza indica la velocita'di variazione della pressione dell'aria che compone il suono. L'ampiezza indica il valore della pressione.

Vedremo piu avanti come queste caratterstiche del mondo reale vengano codificate dai nostri calcolatori.

I primi tentativi di riproduzione audio (fonografo, grammofoni e giradischi) sono prettamente analogici, un diaframma collegato ad una puntina,il primo vibrava (attraverso un cono metallico che faceva da padiglione auricolare) e trasmetteva la vibrazione alla puntina, che incideva un disco. Per riprodurre la registrazione, bastava appoggiare la puntina al solco, in modo tale da trasferire la vibrazione originale al diaframma, che veniva amplificato dal cono metallico.

Da allora e' stato fatto qualche progresso (...) nell'elettronica e nell'informatica, e si e' reso possibile il connubio tra musica e silicio.
Per sfruttare le capacita' dei nuovi supporti digitali entrati in commercio, si rende necessaria la trasposizione nel mondo digitale degli amati suoni. Come rappresentare la pressione dell'aria in sequenze di zeri e uni? Ecco che entrano in gioco i concetti fondamentali: campionamento e quantizzazione.

Il primo articolo finisce qua. So che ancora non abbiamo detto molto, e magari ho detto solamente cose che gia' sapevate. Ma un minimo di premesse pensavo fosse d'obbligo metterle giu'.
Se vi interessa la serie di articoli, vi invito calorosamente a partecipare con domande, critiche e consigli sugli argmoneti da trattare!
Alla prossima

sku

[jaber]

vai sku.aspettiamo famelici il seguito.

[thrantir]

orgoglio familiare

[thrantir]

bella la storia del link al 3d nella firma, lo metto pure io

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che copione!

cmq accorrete numerosi,a breve la prossima puntata!

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Bene, e' arrivato il momento! Ecco la seconda puntata di questa serie di mini articoli dedicati all'audio digitale.

Ci siamo lasciati l'ultima volta accennando ai due passi fondamentali che permettono di trasporre in digitale un'onda sonora: campionamento e quantizzazione. Queste sono le due fasi principali di quella che chiameremo codifica del suono, il risultato della quale sara' appunto un codice, una sequenza di byte, la solita sequenza di zeri e uni.

Con campionamento si intende un processo nel quale a partire da un segnale analogico si estraggono solo i valori (detti campioni) che tale segnale assume ad intervalli di tempo regolari. Un po' una cosa come questa (fonte):


Facciamo un esempio pratico, piu vicino ai nostri discrorsi: immaginate di avere in mano una cinepresa, e di voler filmare quello che vi sta attorno. Come saprete, mentre la realtra'e' fatta di movimenti fluidi, quello che registrate e' solo una sequenza di fotogrammi. Ecco, la realta' e' il vostro segnale analogico, mentre i fotogrammi che si imprimono sulla pellicola sono i famosi campioni.

Ora, voi con tutta probabilita' avete visto una marea di film, e difficilmente siete riusciti a cogliere il passaggio da un fotogramma all'altro. In effetti, e'impossibile che ci siate riusciti! Vedremo piu' in avanti perche'.
Per ora ci interessa che quindi sia possibile ottenere da un segnale campionato, ossia dall'insieme di campioni, il segnale di partenza.

Tornando all'esempio cinematografico, perché non riuscite a vedere il passaggio da un fotogramma ad un altro?
I nostri occhi funzionano approssimativamente cosi': la retina viene stimolata dalla luce che passa per l'occhio e manda le informazioni al cevello. Ora, il nostro occhio non e' certamente lento, ma ci mette un po' ad abituarsi a cambiamenti repentini della luce in entrata: pensate a quando vi alzate la mattina ed aprite la finestra! Sfruttando questo fatto, la cinepresa mantiene i fotogrammi un tempo sufficiente per permettere l'impressione sulla retina, ma poi li cambia, con una frequenza tale da sorpassare in velocita' l'aggiornamento nella retina, cosi' che noi vediamo movimenti fluidi e non scatti. Se il nostro occhio fosse un po' piu' veloce allora si che vedremo il film proiettato a scatti! Nel gergo della teoria dei segnali il proiettore viene chiamato interpolatore, che e' quel componente ce appunto si preoccupa di riottenere un segnale continuo dalla sequenza dei suoi campioni (nel caso particolare del proiettore si parla di interpolatore a mantenimento: l'unica sua azione e' quella di "mantenere" ogni fotogramma per un certo tempo).
Vedremo piu' avanti le possibili analogie con il suono.

Torniamo al campionamento di suoni.
Ora, attraverso svariati tipi di apparecchiature e' possibile ottenere i notri amati campioni: il primo problema e' risolto.
Rimano ora il problema della QUANTIZZAZIONE.
Ogni campione altro non e' che una misura istantanea del segnale di ingresso, che come abbiamo detto e' analogico. Questo vuol dire che il campione che otterremo sara', in generale, un valore di tipo reale!

I numeri reali hanno possibilmente infinite cifre decimali, e questo vuol dire che anche scrivendo un solo campione, se lo volessimo convertire in binario (sequenze di zeri e uni), non ci basterebbe non dico un cd, ma neppure un DVD o il piu' grande hard disk che esista al mondo, e vi giuro che un solo campione non e' un gran che come canzone... cosa ne pensereste di un film fatto da un unico fotogramma?

L'unica soluzione di questo problema e' dolorosa: se non ci basta lo spazio, allora dobbiamo rinunciare alla qualita' e tagliare via una parte del campione. Fin'ora non avevamo fatto niente di distruttivo, almeno in teoria: ci sono gli strumenti matematici per ripristinare il suono a partire dai suoi campioni, almeno una sua buona approssimazione attraverso un calcolatore.
Ma ora stiamo perdendo informazioni! Le stiamo proprio buttando via, non ci sara' piu' modo di riaverle indietro. Questo e' un grosso problema, e, tra l'altro, irrisolvibile e fisiologico nel passaggio al digitale.

Qui finisce la seconda puntata, la prossima volta ci concentreremo di piu' sul suono e sulle sue caratteristiche.
Per ora, non mi resta che esortarvi nuovamente a fare domande! Piu' contribuirete a questo 3d piu' il risultato sara' soddisfacente, sia per me che per voi!

ciao

sku

[nico64]

in attesa di avere un pò di tempo per leggerlo, intanto lo rendo "importante"!!
ciao a tutti

[sku]

onorato dalla promozione del 3d!!!!

A tra poco la terza lezione!!!!

[Duca]

Ciao sku,Perche' la lezione non e' piu' proseguita? era interessante. Ciao spero di leggere presto altre tue lezioni.

[thrantir]

ti rispondo io (xkè sku è mio fratello )... nn so se questo 3d continuerà mai in quanto mio fratello... nn ne ha il tempo! tra università e altre cose è abbastanza pieno... ogni tanto glielo propongo di continuarlo e a lui nn dispiacerebbe xò mi sa ke in questo momento nn ha la testa x farlo

[Duca]

é un vero peccato, perchè oltre ad essere interessante l'articolo era scritto in un modo a tutti comprensibile,speriamo che quando avra' piu' tempo continui con questo suo 3d, Ciao e grazie per la risposta.

[Carlito Brigante]

Beh, sempre che vi possa interessare vi linko il sito di un corso di introduzione all'audio digitale tenuto presso la facolta' di informatica di Pisa.

Il materiale didattico e' veramente soltanto una introduzione al tema pero' contiene diversi riferimenti che potrebbero rivelarsi utili per tutti coloro che volessero approfondire la questione.

Introduzione all'Audio Digitale