Concetti Chiave
- La conversione del suono analogico in digitale avviene tramite tre passaggi: trasduttore, campionatore e quantizzatore, ognuno con un ruolo specifico nel processo.
- Il formato WAV è lo standard per i CD audio, con una frequenza di campionamento di 44.100 Hz e una quantizzazione di 16 bit, garantendo alta qualità audio.
- Il formato MP3, sviluppato negli anni '90, offre un'elevata compressione dei dati, riducendo le dimensioni dei file audio senza compromettere significativamente la qualità.
- Il formato MIDI, introdotto nel 1983, consente la comunicazione tra strumenti musicali e rappresenta la musica senza contenere il suono, risultando in file molto leggeri.
- Aumentare la frequenza di campionamento migliora la qualità del segnale digitale, ma comporta anche un maggiore utilizzo di memoria, secondo i teoremi di Shannon.
Che cos'è la conversione del suono analogico?
Oltre alle immagini è possibile rappresentare in modo digitale anche il suono: anche per questo deve essere effettuata una prima fase di conversione che trasforma il segnale analogico tipico dell’onda sonora in un segnale digitale, e successivamente si utilizzano codifiche particolari per la memorizzazione della musica digitale così ottenuta.
Il suono è un segnale analogico bidimensionale, cioè ha un’ampiezza in funzione del tempo.
Per tradurre un qualunque segnale analogico nel corrispettivo digitale sono necessari:
- Il trasduttore, come per esempio un microfono, che trasforma l’onda sonora in un segnale elettrico.
- Il campionatore, che effettua una discretizzazione, cioè a intervalli di tempo regolari preleva campioni del segnale x.
- Il quantizzatore che, converte il segnale acquisito dal campionatore in un segnale digitale introducendo sempre una perdita di informazione, che può essere definita sulla base del numero di bit a disposizione per rappresentare il valore letto.
La precisione con cui il segnale originario può essere ricostruito a partire dal segnale digitale, mediante una procedura detta di conversione digitale-analogica, può essere stabilita a priori e cresce all’aumentare della frequenza di campionamento e del numero di livelli di quantizzazione considerati. All’aumentare della frequenza di campionamento, però, aumenta il numero di informazioni, così come la dimensione in bit e quindi l’occupazione di memoria: la frequenza minima di campionamento, cioè il numero minimo di “letture” al secondo che permette di non perdere segnale utile, è dettata dai teoremi di Shannon.
Formati audio digitali
Il formato WAV è lo standard utilizzato nei CD audio, per la registrazione audio digitale su compact disc: il valore di campionamento è di 44.100 Hz, con quantizzazione su 16 bit, quindi per ogni campione si possono avere 216 valori di codifica con 44.100 campioni per ogni secondo di segnale.
Il formato Mp3 venne presentato per la prima volta negli anni ’90, come formato di compressione dei dati, particolarmente adatto per i file audio, ed ebbe subito un gran successo soprattutto in Internet in quanto presenta un rapporto di compressione notevole che riduce di 12 volte l’ingombro dei file audio senza alterarne la qualità. Il bitrate di 128 Kbit al secondo è ritenuto di qualità accettabile per il formato Mp3, qualità che si avvicina a quella di un CD.
Caratteristiche del formato MIDI
Il formato MIDI è uno dei formati in cui è possibile salvare la musica in forma digitale e con questo nome si indica sia il protocollo di trasmissione, sia l’interfaccia hardware che serve a vincolare la trasmissione. Nacque nel 1983 per consentire la comunicazione e lo scambio di dati tra strumenti musicali di marche diverse.
Il file MIDI ha dimensioni molto contenute, se confrontato con un file audio WAV di 30 Mb, il corrispondente file MIDI occupa 30 Kb: infatti nel file MIDI non è presente il suono, ma solitamente il codice dello strumento e un numero che individua la nota e il suo valore musicale.
Domande da interrogazione
- Che cosa implica la conversione del suono analogico in digitale?
- Qual è la differenza principale tra i formati WAV e MP3?
- Quali sono le caratteristiche distintive del formato MIDI?
- Come influisce la frequenza di campionamento sulla qualità del segnale digitale?
La conversione del suono analogico in digitale richiede un trasduttore, un campionatore e un quantizzatore, che insieme trasformano l'onda sonora in un segnale digitale, introducendo inevitabilmente una perdita di informazione (come descritto nel testo).
Il formato WAV è lo standard per i CD audio con un campionamento di 44.100 Hz e 16 bit, mentre l'MP3 è un formato di compressione che riduce notevolmente la dimensione dei file audio senza compromettere eccessivamente la qualità, con un bitrate di 128 Kbit al secondo considerato accettabile (come spiegato nel testo).
Il formato MIDI, introdotto nel 1983, consente la comunicazione tra strumenti musicali di marche diverse e occupa molto meno spazio rispetto ai file audio, poiché contiene solo il codice dello strumento e le informazioni sulle note, non il suono stesso (come evidenziato nel testo).
La qualità del segnale digitale ricostruito aumenta con la frequenza di campionamento e il numero di livelli di quantizzazione, ma un aumento della frequenza comporta anche un maggiore utilizzo di memoria, come indicato nel testo.
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