Il suono digitale #LegaNerd
di
Cer8
8

Partiamo dalle basi, ovvero: “Che cos’è il suono?”

Mostra Approfondimento ∨

Caratteristiche del suono

Il suono si caratterizza in base a tre proprietà: altezza, intensità e timbro

Mostra Approfondimento ∨

Parametri fondamentali nella digitalizzazione

Il suono è un segnale continuo, per essere memorizzato deve essere campionato ottenendo così un segnale digitale. Tre sono i parametri che caratterizzano il campionamento, tali parametri influenzano sia lo spazio occupato sia la qualità del suono: numero di canali, risoluzione, frequenza di campionamento

Mostra Approfondimento ∨

Digitalizzazione del suono

Il segnale audio è convertito (quindi codificato) in un segnale elettrico (analogo per informazione contenuta, a meno dell’inevitabile rumore, anche minimo, introdotto da qualsiasi manipolazione) per mezzo di un microfono, il quale produce, quando viene colpito da una onda meccanica sonora continua, un segnale elettrico ininterrotto, i cui valori di tensione, normalmente compresi in un range (detto dinamica del segnale e compreso tra un minimo e un massimo), contengono la forma dell’onda acustica originaria. Questo segnale, continuo nel tempo e che può assumere con continuità tutti i valori all’interno della sua dinamica, è detto analogico. Una seconda conversione può essere fatta associando a questo segnale una serie numerica (quindi digitale) che codifichi con sufficiente precisione la forma d’onda elettrica analogica originaria, ottenendo così la conversione analogico-digitale, detta brevemente conversione A/D. Per far questo è necessario andare ripetutamente a leggere i valori di tensione continui della forma d’onda analogica con sufficiente frequenza temporale, cioè effettuare una lettura sufficientemente fitta di questi valori di tensione, producendo un numero di letture (e quindi di valori numerici) in genere molto alto per ogni secondo di conversione A/D. Le singole letture sono dette campioni e il teorema del campionamento afferma che se la frequenza temporale di queste letture (detta frequenza di campionamento) è sufficientemente grande, non si hanno perdite di informazione rispetto alla forma d’onda originale.

Mostra Approfondimento ∨

Per comprendere l’importanza della frequenza di campionamento, è necessario ricorrere a Fourier.
Grazie al teorema di Fourier si può dire che qualsiasi onda può essere considerata come la somma di un insieme di onde, di cui la prima è detta fondamentale, e le onde successive prendono il nome di armoniche.
Le armoniche sono frequenze multiple della frequenza fondamentale e di minore ampiezza (intensità). Ad esempio, se il LA fondamentale “internazionale” vibra a 440 kHz, la seconda armonica avrà frequenza di 880 kHz, la terza 1760 kHz, e così via. In questo caso, la sesta armonica ha una frequenza di 28160 kHz e dunque si trova ben oltre il limite di frequenza udibile dall’orecchio umano; d’altra parte, la sua presenza – sommandosi alle armoniche udibuli – può avere effetti udibili sul timbro del suono.

Cioè la serie di numeri prodotta contiene pressoché intatta tutta la informazione sulla forma d’onda elettrica analogica iniziale. Nei moderni standard tecnologici, in genere le frequenze di campionamento spaziano dagli 8.000 campioni al secondo (Samples per second, S/s) per la voce telefonica, fino ai 44.100 e più campioni al secondo per la qualità musicale. Queste letture di valori di tensione possono poi cadere in un qualsiasi punto della dinamica del segnale, cioè ogni singolo campione può avere un valore compreso tra il minimo e il massimo possibile. Quindi potenzialmente si possono avere infiniti valori di lettura di tensione per ogni singolo campione. Per completare l’opera di conversione del segnale da analogico in digitale, va ora suddivisa tutto il possibile range dinamico del segnale (l’intervallo dal suono più basso al più alto percepibile, 96 dB per l’uomo) in un numero finito di intervalli e ogni singolo intervallo va codificato con un valore digitale ben determinato. Queste due operazioni si chiamano quantizzazione e codifica di sorgente.

Quantizzazione

La quantizzazione in genere suddivide il range dinamico del segnale in un numero di intervalli potenza del due (2^n intervalli), in maniera tale che ogni singolo campione cadrà inevitabilmente in uno degli intervalli quantizzati e potrà così essere codificato digitalmente con n bit. I valori più ricorrenti di digitalizzazione attualmente usati vanno da un minimo di 8 bit per campione in campo telefonico (range dinamico del segnale suddiviso in 256 intervallini), fino a 20 e più bit per campione (range dinamico del segnale suddiviso in un milione e più di intervallini). Naturalmente all’aumentare del numeri dei bit per campione aumenta la fedeltà del segnale campionato alla forma d’onda originale e si riduce l’imprecisione introdotta dalla quantizzazione (rumore di quantizzazione). La serie numerica che così discende è detta segnale audio digitale e contiene in sé tutte le informazioni necessarie per ricostruire la forma elettrica originale, che a sua volta era l’immagine quasi perfetta della forma d’onda acustica che l’aveva originata.

Codifica di sorgente

La codifica consiste nell’associare ad un livello di tensione un determinato numero binario. Si ottiene così un codificato detto “raw”, cioè grezzo. Un secondo livello di codifica è ora possibile, che consenta di comprimere le informazioni in sequenze numeriche più corte e che occupino meno bit per ogni secondo di conversione.

Il segnale audio così digitalizzato è pronto per essere stamparto su di un’opportuno supporto fruibile alle masse.

Fonte 1
Fonte 2
Fonte 3

Aree Tematiche
Audio Musica
Tag
domenica 7 agosto 2011 - 12:28
Edit

Lega Nerd Podcast

Lega Nerd Live

LN Panic Mode - Premi "P" per tornare a Lega Nerd