Appunti di Comunicazione Musicale

Battimenti: fenomeno che si verifica quando sono presenti due componenti di frequenza molto

vicina tra loro. Il risultato percepito è che l’intensità sonora aumenta e diminuisce con

un’oscillazione pari alla differenza delle frequenze delle due componenti.

|| I Transitori e la Propagazione del suono

Il modo in cui un suono evolve nel tempo rispetto alla sua ampiezza è detto inviluppo. Dato un

segnale il suo inviluppo è la curva che si ottiene congiungendo tutti i picchi della parte positiva.

Quattro fasi o transitori:

- Attacco (Attack): l’ampiezza varia da zero alla massima ampiezza;

- Decadimento (Decay): l’ampiezza diminuisce fino ad un certo livello;

- Sostegno (Sustain): l’ampiezza rimane pressappoco costante;

- Estinzione (Release): l’ampiezza diminuisce fino a zero.

Il segnale che arriva al nostro orecchio è una combinazione di sorgente sonora e ambiente di

propagazione.

- Riflessione: fenomeno per cui, quando un’onda sonora incontra una superficie con

un certo angolo (detto angolo di incidenza), rimbalza con lo stesso angolo (detto

angolo di riflessione). Il riverbero è il risultato di onde che si riflettono sui muri e

sugli oggetti. Il tempo di riverbero misura il tempo che ci mette un suono a

decadere di un fattore un milione.

- Diffrazione: fenomeno per cui un’onda sonora gira intorno ad un oggetto le cui

dimensioni sono minori o uguali alla lunghezza d’onda del suono.

- Effetto Doppler: se una sorgente sonora è in movimento, l’ascoltatore percepisce

una variazione di tono a seconda se la sorgente si allontana o si avvicina.

 Rappresentazione digitale del suono

- Rappresentazione analogica: la curva continua nel tempo delle variazioni di

ampiezza viene rappresentata da una curva continua nel tempo delle variazioni di

tensione elettrica, curva che è memorizzata nei solchi di un disco in vinile o nel

campo magnetico di un nastro.

- Rappresentazione digitale: assegna dei numeri che rappresentano di volta in volta il

valore dell’ampiezza in istanti successivi di tempo. E’ una rappresentazione discreta,

cioè esistono degli eventi ben definiti che sono i valori dell’ampiezza in precisi

istanti di tempo.

Rumore: è un segnale indesiderato che si aggiunge al segnale analogico, ed è in generale ad ampio

spettro. Per stimare l’ammontare di rumore introdotto da un sistema analogico si è soliti usare il

rapporto segnale-rumore.

SNR = max ampiezza segnale / ampiezza rumore

Maggiore è il rapporto segnale-rumore, migliore sarà la qualità del segnale.

Distorsione: modifica non desiderata della forma d’onda di un segnale. Nei componenti elettronici

la distorsione può aumentare con l’ampiezza.

|| Segnale digitale Semicatena della registrazione

Il segnale analogico viene

Convertito in segnale elettrico

Convertitore Analogico – Digitale

Preleva i campioni dell’ampiezza

dal segnale analogico grazie

all’orologio interno (clock)

Filtrare il segnale per eliminare

una parte del suo spettro per evitare

l’aliasing. Filtro passabasso: fa passare

solo frequenze sotto una soglia

Il passaggio da analogico a digitale è caratterizzato da due operazioni di discretizzazione:

- L’operazione che discretizza il tempo è detta campionamento;

- L’operazione che discretizza l’ampiezza è detta quantizzazione.

Campionamento: è la discretizzazione del segnale analogico nel tempo. L’intervallo di tempo tra

un campione e il successivo è detto periodo di campionamento. L’inverso del periodo e quindi il

numero di campioni in un secondo è detto tasso o velocità di campionamento. E’ importante

scoprire qual è la dimensione migliore dell’intervallo.

Aliasing: è un fenomeno che introduce in un segnale digitale delle frequenze spurie, che non erano

presenti nel segnale analogico in ingresso. Nel caso in cui la frequenza spuria sia molto vicina ad

una frequenza già presente nel segnale, si potrebbe verificare il fenomeno dei battimenti.

- Sovracampionamento: le informazioni che risultano dalla digitalizzazione sono più

che sufficienti per ricostruire il segnale originale;

- Campionamento critico: l’interpolazione produce un risultato adeguato solo in

presenza di determinate condizioni;

- Sottocampionamento: la fase è invertita rispetto al segnale originale. Se

l’operazione di campionamento manca di memorizzare qualcuna delle informazioni

si ha un sottocampionamento.

Teorema di Nyquist: poiché in un segnale complesso sono presenti più parziali, occorre che il

campionamento prelevi almeno due campioni per la parziale di frequenza massima presente nel

segnale. Le altre parziali saranno tutte sovracampionate. Il tasso di campionamento dovrà essere

quindi almeno il doppio della frequenza massima presente nel segnale in input. Questo tasso di

campionamento è detto tasso di Nyquist. Se il tasso di campionamento è al di sotto del tasso di

Nyquist si verifica il fenomeno dell’aliasing.

Overslapping: consiste in una velocità di campionamento molto più elevata di quella stabilita dal

teorema di Nyquist.

Quantizzazione: l’operazione di quantizzazione sul singolo campione di ampiezza ha l’obiettivo di

assegnare al campione uno dei valori numerici che sono consentiti nella codifica digitale. La

codifica digitale divide la gamma delle ampiezze possibili in intervalli o regioni: ogni campione ha

un’ampiezza che cade in una delle regioni. Il numero delle regioni dipenda dai bit a disposizione

per la codifica. Una sequenza di bit è detta parola binaria. n

- Quantizzazione lineare: divide la gamma delle ampiezze in 2 regioni uguali e

n

associa a ciascuna delle regioni uno dei 2 valori numerici, ciascuno dei quali è un

codice binario a n bit.

Nel processo di quantizzazione si perde informazione.

Il rumore “bianco” introdotto dal processo di digitalizzazione è detto rumore di quantizzazione.

Rispetto al valore di mezzo, quando viene quantizzato un altro valore della regione si introduce

per forza di cose un errore, detto errore di quantizzazione.

- Quantizzazione non lineare: è data da una spaziatura non uniforme delle regioni di

quantizzazione. Il numero delle regioni resterà lo stesso, ma la dimensione

diminuirà per le regioni delle ampiezze deboli e aumenterà per quelle delle

ampiezze forti. L’errore di quantizzazione quindi diminuirà per le ampiezze deboli e

aumenterà per le ampiezze forti. Quindi il guadagno in qualità alle ampiezze deboli

è compensato da una perdita di qualità alle ampiezze forti.

Noise Shaping: è una tecnica di feedback in cui il processo di quantizzazione del campione

corrente è influenzato dall’errore di quantizzazione del campione precedente. L’errore di

quantizzazione assume uno spettro non uniforme, ma che si innalza verso le alte frequenze con

una forma sinusoidale, con un picco sulla frequenza di Nyquist ad un livello che è determinato

dalla dimensione della regione di quantizzazione. Quando accoppiato al sovracampionamento, il

noise shaping sposta il picco sempre più verso le altissime frequenze, fuori dalla banda dell’udibile.

|| La codifica del segnale audio

Esistono vari modi per codificare un segnale:

- Modulazione dell’ampiezza e dell’impulso (PAM): un impulso occorre a ogni

intervallo di campionamento, e l’ampiezza della forma d’onda è un valore digitale

che corrisponde all’ampiezza analogica;

- Modulazione del codice dell’impulso (PCM): l’informazione digitale viene codificata

in modo seriale; l’impulso rappresenta l’1, l’assenza di impulso rappresenta lo 0.

Codifica unipolare: codifica data da interi segna segno. 0 corrisponde alla minima tensione

negativa. Il silenzio è a metà scala.

Codifica bipolare: codifica data da interi con segno. Il numero negativo con il massimo valore

assoluto corrisponde alla minima tensione negativa. Il primo bit a sinistra rappresenta il segno (0+,

1-).  La percezione uditiva

Compiti principali del sistema uditivo:

- Comprensione del messaggio sonoro: es. linguaggio o musica.

- Ricostruzione della mappa spaziale delle sorgenti sonore. L’udito opera in tutte le

direzioni, con una precisione però inferiore alla vista.

- Rilevazione della natura dell’ambiente circostante mediante gli echi e i riverberi.

|| La fisiologia dell’udito

Il punto d’ingresso del segnale è dato dall’orecchio. Il suo compito è di convertire le fluttuazioni di

pressione dell’aria in impulsi nervosi elettrochimici che vengono elaborati dal cervello. Il segnale in

ingresso mette in vibrazione la membrana del timpano, che trasmette il movimento meccanico

agli ossicini (martello, incudine e staffa) e quindi al liquido contenuto nella coclea, che stimola il

nervo uditivo.

La tromba di Eustachio connette l’orecchio con la cavità orale, garantendo la stessa pressione sui

due lati della membrana; grazie a ciò essa torna in posizione una volta passata la vibrazione. Il

segnale propagato dal timpano verso l’interno viene elaborato nella coclea, dove avviene la

trasduzione del segnale acustico a segnale elettrochimico. Questo segnale viaggia lungo le vie

nervose uditive e viene elaborato nei nuclei, raggruppamenti di cellule nervose con specifiche

proprietà. In tali stazioni il segnale viene anche miscelato con il segnale proveniente dall’altro

orecchio.

La destinazione è la corteccia uditiva, che risiede nel lobo temporale, dove avvengono le

elaborazioni di alto livello, cioè le funzioni superiori di interpretazione del segnale.

L’orecchio si suddivide in:

- Orecchio esterno (padiglione, meato e timpano);

- Orecchio medio (ossicini);

- Orecchio interno (coclea).

Il segnale entra dall’apertura circondata dal padiglione auricolare e percorre il condotto uditivo

esterno, detto meato. Le pieghe del padiglione auricolare “colorano” i suoni ad alta frequenza

mediante l’interferenza tra segnali riflessi da pieghe differenti. Frequenze diverse vengono

amplificate in modo diverso, a seconda della direzione del suono. Il meato è il canale che connette

il padiglione con il timpano. L’orecchio medio propaga le vibrazioni dalla membrana del timpano

alla coclea. 

Orecchio medio 1. Risolve i problemi dovuti alla resistenza differente tra l’aria e il fluido interno

alla coclea, la perilinfa.

2. Protegge la coclea dai suoni forti a basa frequenza che potrebbero danneggiarla.

1.

Orecchio interno Canali semicircolari che assolvono perlopiù compiti di equilibrio.

2. Coclea, che è il cuore della percezione uditiva.

La