AUDIO INFORMATION RETRIEVAL E NUOVI PLUGIN AUDIO DIGITALI

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1 Università degli studi di Milano Facoltà di scienze Matematiche, Fisiche e Naturali Dipartimento di Informatica e Comunicazione Corso di Laurea in Scienze e Tecnologie della Comunicazione Musicale AUDIO INFORMATION RETRIEVAL E NUOVI PLUGIN AUDIO DIGITALI Relatore: Prof. Goffredo HAUS Correlatore: Vasco BONI Elaborato finale di: Mattia Carlo CELLOTTO Matricola: Anno Accademico

2 INDICE: 1 INTRODUZIONE Audio digitale, DAW ed elaborazione del suono Plugin audio digitali e audio information retrieval 2 2 VOCALIGN Presentazione del plugin Utilizzo di Vocalign in studio Vocalign e audio information retrieval Obiettivi della fase di test del plugin TEST CON MATERIALE SINTETIZZATO Test 1: pattern ritmici dequantizzati a nota costante Analisi dei risultati Test 2: pattern ritmici a BPM diversi e nota costante Analisi dei risultati Test 3: aggiunta di pitch randomize Analisi dei risultati Raffinamenti ed ulteriori conclusioni Test 4: intervalli reiterati a valore costante Analisi dei risultati Test 5: pattern ritmici diversi con suoni polifonici Analisi dei risultati Test 6: tracce con automazione di volume Analisi dei risultati Test 7: intervalli armonici in due ottave Analisi dei risultati Test 8: diversi tempi di pitch-bend per stesse note Analisi dei risultati Test 9: note con fade-in e fade-out Analisi dei risultati Test 10: introduzione di rumore bianco Analisi dei risultati. 21 I

3 4 TEST CON CAMPIONI E MATERIALE REGISTRATO Test 11: campioni di batteria Analisi dei risultati Raffinamenti ed ulteriori conclusioni Test 12: voci e linee melodiche variabili Analisi dei risultati Test 13: sequenze di sillabe Analisi dei risultati Test 14: materiale registrato in studio e valutazione del prodotto Analisi dei risultati VOCALIGN E AUDIO INFORMATION RETRIEVAL Definizione dei percorsi di sincronizzazione Confronto del percorso del file dub con quello del file guide Scelta delle regioni del file a cui applicare time-warping MELODYNE Presentazione del plugin Melodyne in studio Melodyne e audio information retrieval Obiettivi della fase di test del plugin TEST CON MATERIALE SINTETIZZATO Test 1: introduzione di un'onda sinusoidale Analisi dei risultati Test 2: intervalli armonici circoscritti all'ottava Analisi dei risultati Test 3: sinusoidi con diverso volume Analisi dei risultati Test 4: intervalli superiori all'ottava Analisi dei risultati Identificazione manuale ed ulteriori conclusioni Test 5: accordi a voci strette Analisi dei risultati Test 6: Intervalli inferiori al semitono Analisi dei risultati II

4 7.6.2 Identificazione manuale ed ulteriori conclusioni Raffinamenti Test 7: impiego di intervalli uguali con durata decrescente Analisi dei risultati Identificazione manuale ed ulteriori conclusioni Test 8 inserimento di rumore bianco Analisi dei risultati Test 9: Attribuzione delle armoniche Analisi dei risultati TEST CON CAMPIONI E MATERIALE REGISTRATO Test 10: analisi di intervalli armonici di chitarra acustica Analisi dei risultati Test 11: utilizzo generare del plugin in studio Analisi dei risultati MELODYNE E AUDIO INFORMATION RETRIEVAL Analisi spettrale del segnale Separazione delle componenti spettrali ed assegnazione dell'energia Creazione dei blob per il display CONCLUSIONI L importanza dell Audio Information Retrieval Possibili sviluppi e applicazioni La tecnologia plasma il settore della produzione BIBLIOGRAFIA.. 62 III

5 1 Introduzione 1.1Audio digitale, DAW ed elaborazione del suono La prima audio workstation digitale vede la propria comparsa alla fine degli anni 70, questa era realizzata su un minicomputer PDP-11 della Digital Equipment Corporation, una delle prime macchine a montare microprocessori con capacità computazionali sufficienti all'elaborazione di materiale audio. Tramite comandi di tre lettere ciascuno era possibile l'aggiunta di effetti al segnale originale, un oscilloscopio forniva un supporto all'ascolto mostrando la forma d'onda del segnale. Nel 1981 Roger Nichols costruisce una DAW (Digital Audio Workstation) su un computer basato su bus S-100, uno dei primi standard derivati dall'avvento dei microcomputer. In questo sistema un hard disk Micropolis da 32 MB veniva utilizzato per modificare il segnale in uscita da un registratore a nastro. In questo periodo in cui la potenza computazionale delle macchine digitali ha ancora da svilupparsi, i tentativi di implementare workstation su computer risultavano essere più che altro sperimentazioni, gli effetti applicabili erano emulazioni di outboard analogico e non potevano presentare molti vantaggi rispetto agli originali. Nella seconda metà degli anni 80 il progresso tecnologico porta alla commercializzazione di prodotti come Apple Macintosh o Commodore Amiga, abbastanza potenti da poter gestire processi di editing di audio digitale. Negli anni seguenti i programmi per l'editing audio si moltiplicano, nel 1986 Macromedia introduce Soundedit, nel 1987 Digidesign diventa leader del settore con Sound Tools, precursore dell'attuale Pro Tools, uno degli standard più affermati nel settore degli studi di registrazione. Gli investimenti fatti nel settore delle DAW o, più generalmente, nel settore dell'audio digitale, erano favoriti dai numerosi vantaggi offerti dall'hard disk recording, tra questi se ne citano i più rilevanti per quanto riguarda la proliferazione di tali sistemi: -Possibilità di gestire file audio di grandi dimensioni. La registrazione su hard disk è spesso limitata soltanto dalla capacità dell'hard disk stesso. -Editing ad accesso casuale. La grande innovazione portata dall'audio digitale, la possibilità di accedere al file in ogni sua parte senza l'obbligo di ascolto sequenziale. -Editing non distruttivi. Questo procedimento permette di posizionare segmenti audio (detti regioni) in qualunque contesto o ordine in un programma, senza andare a modificare in nessun modo il file audio originariamente registrato. Una volta create le regioni, queste possono essere editate indipendentemente l'una dall'altra, anche se derivanti dal medesimo file, al fine di creare un unico brano musicale. -DSP. L'elaborazione del segnale digitale può essere attuata su un segmento o su un intero file, sia in real-time che in non-real-time (oramai quasi sempre in maniera non distruttiva). Ai vantaggi generali derivati dall operabilità nel dominio digitale si sommino quelli introdotti dalle DAW, finalizzati a supportare il fonico in tutte le fasi del lavoro in studio di registrazione con o senza outboard analogico: -Funzionalità avanzate di registrazione multitraccia. Editing e mixaggio. -Funzionalità di programmazione di sequenze, editing e scrittura in ambiente MIDI. -Supporto alle funzioni di elaborazione del segnale integrato o di tipo plugin. -Supporto per l'integrazione di software plugin per l'emulazione di strumenti musicale (VSTi) e programmi 1

6 musicali esterni (ReWire). Per ultima ma non meno importante, una caratteristica che ha permesso al digitale di affermarsi nel corso degli anni riguarda il costo delle apparecchiature. Se negli anni 80 il digitale presentava prestazioni inferiori all'analogico, ad oggi, con il progresso tecnologico, non solo si è raggiunto un incremento della potenza computazionale e della qualità ma anche i prezzi delle componenti hardware risultano essere scesi sensibilmente. 1.2 Plugin audio digitali e Audio Information Retrieval Con il termine plugin si intende generalmente una componente aggiuntiva sfruttata da un software principale, audio, video o di altro genere, il termine plug indica appunto l'inserimento o attivazione del plugin mediante il programma preso in considerazione, trattasi nel caso considerato di un software per registrazione ed editing in multitraccia. L'ambito digitale incorpora un requisito fondamentale per operare determinate modifiche sul segnale audio: la possibilità di lavorare in non-real-time. Quando si opera in ambito analogico il segnale è un flusso di corrente elettrica, può essere riprodotto o modificato nell'istante in cui il circuito incontra componenti atte appunto alla riproduzione o all'alterazione dell'informazione in esso presente. Equalizzatori, compressori, distorsori e o riverberi sono tutti effetti applicabili in real-time, anche strumenti (non propriamente definibili come effetti) come gli analizzatori di spettro possono lavorare in tempo reale sebbene in questo caso sia necessario operare un cambio di dominio (dal tempo alle frequenze). Il limite imposto dal realtime è l'impossibilità di operare Audio Information Retrieval di alto livello; per una analisi semanticamente complessa (identificazione di serie di note, click o altri elementi) è spesso necessario avere a disposizione l'intero file registrato ed accessibile. Con la possibilità di operare estrazione dell'informazione si possono quindi generare nuovi plugin con diversi scopi: identificazione del ritornello all'interno di un file [19], separazione di materiale polifonico ed identificazione delle singole note al suo interno (Capitolo 7), sincronizzazione di tracce con contenuto informativo simile (Capitolo 2), riconoscimento di particolari forme d'onda (es. speech recognition), identificazione dei punti degradati del file e o ricostruzione dell'informazione. Il grande vantaggio del digitale nell'ambito dell'audio Information Retrieval è quindi la possibilità di immagazzinare una traccia audio nella propria integrità. Tramite lo store è possibile accedere al file audio casualmente (da qualsiasi suo punto), analizzare e comparare parti del file con altre parti del medesimo o con quelle di altre registrazioni. I recenti sviluppi commerciali incentivano la ricerca di nuove metodologie volte all'audio Information Retrieval, elemento sempre più sfruttato nell'ambito musicale, dalla produzione in studio al lato consumer (Shazam, Midomi, Soundhound ed altri programmi per il riconoscimento di canzoni riprodotte o cantate). Le esperienze svolte in studio hanno avuto come scopo l'identificazione della componente di Audio Information Retrieval all'interno dei plugin utilizzati durante il periodo di stage, la loro valutazione ed una riflessione finale su come queste tecnologie potrebbero svilupparsi ed influire ulteriormente nel futuro nel settore. 2

7 2 Vocalign 2.1 Presentazione del plugin Vocalign è un plugin per la sincronizzazione (allineamento come suggerito dal nome) di tracce con contenuto simile, può essere utilizzato per cori così come per il doubling (doppiaggio) di tracce vocali. Sviluppato dalla casa Synchroarts, casa inglese fondata nel 1994, Vocalign trova inoltre un impiego nel settore della post-produzione video, in particolare è utilizzato per il lip-syncing, nella fase di doppiaggio, per facilitare il matching dell'audio con le immagini del video. Tra le importanti produzioni in cui è stato sfruttato il plugin si ricordano Il miglio verde ( The Green Mile, tratto dall'omonimo romanzo di Stephen King) e la saga Harry Potter (Scritta da Joanne Rowling ed in seguito prodotta dalla Warner Bros) per quanto concerne la produzione di film, si citano inoltre le serie televisive degli anni 90 Friends e Seinfeld Utilizzo di Vocalign in studio Vocalign nasce dall'esigenza sempre maggiore di velocità operazionale all'interno degli studi di registrazione. Senza l'ultilizzo di questo accessorio, la sincronizzazione di due file vocali per un brano di circa 3 minuti richiede in media 50 minuti (media calcolata durante lo stage tramite la sincronizzazione di 20 tracce in 10 brani musicali) in cui il fonico, sfruttando la funzione di split (separazione) della DAW, divide la traccia dub in più segmenti, manualmente modifica quindi la posizione temporale delle regioni ottenute in base alla traccia guide ed infine verifica la presenza di fade all'inizio di ogni regione, nel punto di sovrapposizione di due segmenti ed alla fine di ogni regione. Un importante fattore da considerare nella synching manuale delle tracce è la necessità di ascolto reiterato delle modifiche che vengono apportate al file dub. Il tecnico del suono, per procedere nel traslare temporalmente le singole regioni, si affida infatti quasi esclusivamente alla forma d'onda rappresentata dal programma multitraccia, ricorrendo all'ascolto solo nella fase di indentificazione dei punti di maggiore discordanza tra traccia dub e guide. Questo approccio, per quanto valido, perde di efficacia in maniera esponenziale quando si lavora su tracce in cui la sincronia iniziale è scarsa (il fonico necessita di un riferimento di synch valido tra le due tracce come punto di partenza, una maggiore discordanza rende più difficile l'identificazione di tale riferimento), basandosi principalmente sull'osservazione delle forme d'onda, non si dimostra inoltre robusto se applicato a tracce con scarsi transienti. Vocalign richiede al fonico un rate di intervento manuale decisamente inferiore, si elencano di seguito i passi seguiti nella fase di testing del plugin per la sincronizzazione di tracce: 1) aprire il plugin in insert nella traccia dub. 2) mettere in sidechain nel plugin la traccia guide. 3) selezionare il pulsante capture. 4) mandare in play la digital audio workstation. 5) selezione del metodo di sincronizzazione (da alta flessibilità, normale o massima compressione). 6) selezione del pulsante align. 7) selezione del pulsante edit per l'ascolto e la modifica del sync. 3

8 2.2 Vocalign e Audio Information Retrieval Lo scopo principale di questo tool è quello di identificare delle corrispondenze tra un file audio principale detto guida ed uno simile ma non identico detto dub mediante Audio Information Retrieval. Lo schema (figura 1) presentato nel manuale dell'utente del plugin evidenzia 3 passaggi fondamentali: 1) analisi spettrale: entrambi i file (dub e guide) vengono processati dal medesimo analizzatore di spettro al fine da generare time-varying energy patterns (pattern di energia tempo-varianti). 2) algoritmo di allineamento temporale: tramite un'analisi avanzata dei pattern è possibile creare un percorso di warping ottimale dei picchi energetici del file dub, in questo modo è possibile far coincidere il secondo file con la guida con la minore degradazione del segnale possibile. 3) audio editing: la fase di editing consiste nella espansione o nella compressione temporale di parti del file dub identificate dall'algoritmo di allineamento temporale, questo tipo di editing è conosciuto come time-warping. Figura 1: schema a blocchi di Vocalign presentato nel manuale dell'utente. 2.3 Obiettivi della fase di test del plugin In questo plugin, la fase di Audio Information Retrieval è identificabile nei primi due passaggi; il plugin, prima di operare sul segnale dub, estrae informazioni da entrambi i file, in seguito definisce il migliore percorso temporale prima di procedere all'editing con time-warping. Pertanto, nella fase di test del plugin si è riposta particolare attenzione al tipo di analisi effettuata da Vocalign e al metodo con cui il plugin sceglie il percorso di modifica o warping temporale del file dub. 4

9 3 Test con materiale sintetizzato I test sono stati effettuati con l'utilizzo di Logic Pro 9, i progetti sono stati creati con frequenza di campionamento pari a Hz, per il test si è scelto di operare su tracce mono. La sintesi è avvenuta mediante l'utilizzo del default preset del software instrument EXS24, un'onda sinusoidale, come riferimento per il test con note ad altezza costante ad intervalli di tempo variabili è stato scelto il La 5 (880 Hz). Per la dequantizzazione, necessaria al fine di rendere differenti le tracce software instrument, si è scelto di utilizzare la funzione Humanize presente in logic, i due settaggi principalmente utilizzati (30ms e 60ms) hanno avuto come scopo quello di permettere l'identificazione di un comportamento variabile nel detecting e nella fase operativa del plugin. A partire dalle tracce virtual instrument si sono generati file audio mediante la funzione di bounce ( buttafuori ) integrata in Logic. Il passaggio è stato chiaramente necessario data la natura del plugin: Vocalign non opera su segnale MIDI, diversamente la fase di test perderebbe di valore. Le tracce generate non hanno mai superato la durata di 10 secondi in quanto il Vocalign raccomanda l'impiego della sincronizzazione su file di lunghezza non eccessiva per un utilizzo ottimale. Vocalign offre la possibilità di regolare quantità di time warping apportata al file dub, per ottenere risultati migliori si sono seguite le indicazioni del manuale dell'utente scegliendo di utilizzare il setting normal flexibility (utilizzare i due settings estremi avrebbe ridotto la variabilità dei risultati), l'editing è stato impostato sulla nella modalità standard time domain, più versatile rispetto alla frequency domain, indicata come idonea alla sincronizzazione di materiale con una sola nota. Si è optato inoltre per l'utilizzo del plugin in modalità avanzata per avere la possibilità di intervenire manualmente nel detecting dei punti di synch. Uno screenshot delle impostazioni utilizzate durante il testing del plugin è mostrato in figura 2. Figura 2: impostazioni utilizzate durante la fase di test. 5

10 3.1 Test 1: pattern ritmici dequantizzati a nota costante Il primo test effettuato ha avuto come oggetto la sincronizzazione di una sequenza di note di intensità e altezza costante con una traccia dub contenente la medesima informazione dequantizzata. Per traslare temporalmente i comandi di note-on, come accennato, si è utilizzata la funzione Humanize di Logic. Il valore scelto in questo caso per il randomize è stato di 30 ms, pertanto, nella traccia dub si sono venute a creare divergenze temporali dei comandi di note on per un massimo di 30 ms. Il compito di Vocalign è stato quello di riportare le note della traccia dub alla posizione originale (quantizzata) con la minore perdita di informazione possibile Analisi dei risultati Mediante il primo test si sono identificati due principali comportamenti assunti dal plugin: 1) Nel primo caso (figura 3) si denota una traslazione temporale dell'intera nota, il plugin effettua quindi la compressione o espansione temporale del file dub (la dove è possibile) in punti di assenza di informazione. Riportando le tracce traslate secondo questo criterio in fase con il dub originale ed in seguito applicando una phase inversion su di esse l'output risultante dalla riproduzione contemporanea dei due file è nullo (le due tracce sono identiche). Si deduce quindi da questo primo comportamento che il plugin effettua preferibilmente time-warping in zone prive di segnale la dove queste sono presenti, lasciando del tutto inalterato il contenuto informativo delle zone non nulle, senza applicazione di fadein o fade-out. È importante notare come la sincronizzazione non riporti il file dub precisamente ai punti di attacco del file guide, le informazioni di fase non sembrano incidere sul output del plugin. La distanza temporale tra gli attacchi delle note è ridotta ad un range che va da 1 ms a 9 ms, questo intervallo potrebbe derivare dalla larghezza della funzione di finestratura con la quale il software analizza il segnale, addizionalmente, istruzioni psicoacustiche in merito alla percezione di segnali pressoché contemporanei (temporal masking) potrebbero essere sfruttate dal plugin, in modo da limitare l'intervento in base ai limiti della sensibilità umana (~20 ms di tolleranza prima della percezione distinta dei due attacchi). 2) Il secondo caso, seppur manifestatosi sporadicamente (2 transienti su 15), evidenzia un comportamento leggermente diverso dal primo. In questo caso il plugin ha applicato un fade-in al segnale della durata media di 3 ms (figura 4), senza modificare il contenuto del segnale nella fase di sostegno e senza applicare un fade-out alla medesima nota. In entrambi i casi riscontrati il file dub allineato risulta essere (seppur non perfettamente) in fase 6

11 con il file guide, anche in questo caso il fade-in potrebbe essere conseguenza dei limiti dettati dalla analisi spettrale del segnale, diversamente, in base alla considerazione fatta riguardo la fase dei due segnali, il plugin potrebbe scegliere di applicarlo per evitare il raddoppio della percezione della intensità nella fase di attacco del suono. Figura 3: in azzurro il file guide, in verde il file dub, in rosso il file allineato. Figura 4: in azzurro il file guide, in verde il file dub, in rosso il file allineato. 7

12 3.2 Test 2: pattern ritmici a BPM diversi e nota costante Il primo test ha permesso una serie di deduzioni riguardo la fase di analisi del plugin. Per poter osservare un intervento più completo da parte del software si è deciso di procedere con un' ulteriore modifica del file dub. Utilizzando la funzione Humanize di Logic, oltre a traslare temporalmente i punti di attacco delle note, è inoltre possibile assegnare un valore random per la modificarne la durata. Tramite la generazione di una discordanza di durata delle note, Vocalign ha dovuto riportare le regioni del file dub presso quelle del file guide, richiamando inoltre la funzione di time warping in modo tale da rendere nuovamente concordanti le due tracce. Per l'apporto di tali modifiche si sono mantenuti i 30 ms utilizzati come maximum randomize value (test 1) per quanto riguarda la traslazione dei comandi di note on, si è scelto un valore di 60 ms per la modifica della durata di tali note. In questo modo si sono create discordanze di un nuovo genere: regioni di durata inferiore a quella originale con attacco ritardato e rilascio anticipato, regioni con comandi di note on antecedente quello originale e con comando di note off seguente quello della medesima nota nel file guide Analisi dei risultati L'analisi dei risultati del secondo test ha evidenziato la validità degli algoritmi utilizzati dal plugin: tutte le 15 note modificate nel file dub sono state correttamente riportate in sincronia con il file guide, le rimanenti discordanze temporali registrate tra il file originale e quello allineato variano tra i 2 ms ed i 10 ms, sia nella fase di attacco, sia in quella di rilascio, solo in un caso si è registrato un gap di 15 ms tra due comandi di note on. Come anticipato, i casi particolari riscontrati si riconducono principalmente a due categorie: 1) Nel primo caso il file dub presentava note di durata superiore a quella originale. In questa eventualità il plugin ha operato principalmente tagliando una parte del file (avendo lavorato con un'unica sinusoide non è stato possibile identificare la posizione del taglio), ciò nonostante non si evidenziano discontinuità nel segnale, pertanto, se il taglio fosse stato eseguito nella fase di sostegno delle note, si potrebbe ipotizzare che il plugin sfrutti le informazioni di fase e zero-crossing in modo tale da non alterare la stazionarietà dell'onda. In alcuni casi, fade-in e fade-out (mediamente da 4 a 7 ms) sono stati applicati al segnale dub; i limiti dettati dall'utilizzo di una sola sinusoide a frequenza costante non hanno reso possibile definire se questi due comportamenti di manifestino in mutua esclusione o se questi siano utilizzati parallemente dal software. 2) Nel secondo caso le note nel file dub avevano durata inferiore a quella delle corrispettive nel file guide. In questo caso il plugin ha restituito in output note di lunghezza superiore a quella iniziale con frequenza costante e con forma d'onda esente da irregolarità. È possibile che il plugin abbia eseguito un azione di copia e incolla interna al file dub, alternativamente si potrebbe considerare la presenza di una funzione simile a quella di spectral repair di Izotope RX, funzione che studia lo spettro del segnale prima e dopo i punti di discordanza per mediarne la ricostruzione. Si può escludere l'eventualità 8

13 secondo la quale il software utilizzerebbe parti del file guide all'interno del file dub; un simile approccio porterebbe notevoli scompensi quali effetti di chorus e cancellazioni di fase. 3.3 Test 3: aggiunta di pitch randomize Nel terzo test si è posta particolare attenzione all'algoritmo di analisi spettrale e comparazione della traccia dub con quella guide. Tramite l'applicazione di un pitch randomize, si sono modificati i valori di altezza delle note nella traccia dub in modo tale da creare per la prima volta una differenza di contenuto spettrale tra i due file. La modifica è stata sommata a quella presente nel test 1, è stata apportata con la funzione pitch randomize di Logic 9 indicando come range di valori l'ottava compresa tra il Do 5 ed il 6 (considerato che fino ad ora si era lavorato al valore costante di 880 Hz, frequenza corrispondente al La della quinta ottava). Dati i risultati precedentemente raccolti, questo test ha avuto il compito di stabilire l'entità dell'analisi spettrale effettuata da vocalign; se il plugin non avesse analizzato il contenuto spettrale dei file, i risultati ottenuti non si sarebbero allontanati da quelli raccolti dal test 1 in quanto volume e traslazione temporale rimangono invariati Analisi dei risultati Il test ha messo in luce le problematiche da cui il plugin è affetto, queste sono probabilmente derivate dalla convivenza di informazioni legate ai transienti e di altre legate al contenuto spettrale del segnale. Nella sequenza dub, come anticipato, le note sono state generate con altezza random compresa tra Do 5 e Do 6, il file guide presentava invece un intervallo compreso tra Fa 5 e Do# 6, conseguentemente, nella progressione, due Sol 5 sono venuti a trovarsi ad una distanza di 0,72 s, separati da una nota della sequenza (figura 5). Il plugin ha sfruttato la potenza del calcolo non-real-time per modificare la lunghezza delle note antecedenti tale incidenza in modo tale da sincronizzare le due note con stesso pitch. Data la durata variabile delle note, al fine di apportare tale sincronizzazione il plugin ha eseguito diversi tagli nel file dub, rendendo la sequenza temporalmente più breve (figura 6). Figura 5: A) File MIDI da cui è stato generato il file guide. B) File MIDI da cui è stato generato il file dub. 9

14 Figura 6: in azzurro il file guide, in verde il file dub, in rosso il file allineato. La sincronizzazione del Sol 5 (in viola) è stata mediata tramite il taglio di un Do 5 (prima nota in giallo) e l'adattamento delle note seguenti a quelle del file guide Raffinamenti ed ulteriori conclusioni Onde evitare falsi positivi si è ripetuta l'esperienza con la sola modifica dell'altezza del Sol 5 (apparente causa della serie di modifiche apportate) in La 5. Il plugin ha esibito un comportamento identico a quello riscontrato nel test precedente, forzando la sincronizzazione del La 5 con il Sol 5 della traccia guide con gli stessi tagli visti nell ultimo esperimento. Le considerazioni precedentemente fatte riguardo l'analisi spettrale vengono quindi a perdere di valore, si è reso pertanto necessario un test in cui l'analisi spettrale fosse assolutamente necessaria per generare un output corretto. 3.4 Test 4: intervalli reiterati a valore costante Dati gli esiti della fase 3 dei test, il test 4 ha avuto il compito di determinare l' effettiva esistenza di una fase di analisi spettrale nell'algoritmo di Vocalign. Si è quindi generata nella traccia guide una serie di 12 note (Fa e Fa# alternati) di valore uguale ad un ottavo, separate da pause con medesimo valore. Nella traccia dub la medesima sequenza ha inizio con un ottavo di ritardo, in questo modo (applicando le funzioni di Humanize sfruttate nel test 1) le probabilità non condizionate di sincronizzare un Fa nel file dub con un Fa o Fa# nel file guide sono pressochè uguali (50% circa delle possibilità con random Humanize). 10

15 In caso di assenza di analisi spettrale il plugin avrebbe quindi avuto una probabilità del 50% di sincronizzare correttamente le note (non considerando altri possibili fattori come influenti nella fase di sincronizzazione), le due sequenze sono mostrate in figura 7. Figura 7: A) Sequenza MIDI da cui è stato generato il file guide. B) Sequenza MIDI da cui è stato generato il file dub Analisi dei risultati Nel file sincronizzato Vocalign ha assegnato correttamente la corrispondenza verticale tra le due note. Nonostante questo risultato, è possibile che il plugin abbia sincronizzato correttamente la sequenza semplicemente considerando le prime due note dei due file come corrispondenti. Per verificare questa ipotesi si è quindi invertita la sequenza di note nel file guide, lasciando invariati tutti i parametri restanti. Anche in questo caso il plugin ha allineato le prime note delle due sequenze, facendo corrispondere ad un Fa# (nella sequenza guide) un Fa (nella sequenza dub). Anche in questo test il primo risultato è stato registrato come falso positivo: il punto di riferimento per la sincronizzazione sembra quindi essere rappresentato dalla forma d'onda dei segnali nel tempo e non dal loro spettro. 3.5 Test 5: pattern ritmici diversi con suoni polifonici L'inserimento della componente polifonica ha avuto come scopo principale una migliore identificazione dei punti di editing del segnale. Per la prima esperienza con materiale polifonico si è deciso di aggiungere al La da 880 Hz utilizzato nei test precedenti il La 2 (110 Hz). Nel file guide i comandi di note on e note off per le due diverse sinusoidi sono contemporanei, nel file dub l'impiego della funzione di Humanize ha creato uno spostamento temporale, pertanto, se nel file guide ciò che si manifesta è una forma d'onda complessa costante nel tempo, nel file dub questa forma d'onda è identificabile nel mezzo di zone che presentano prima e o dopo una singola sinusoide da 880 o 110 Hz. 11

16 3.5.1 Analisi dei risultati L'esperienza svolta conferma (come tutte le esperienze svolte prima di questa) l'efficacia del plugin nel sincronizzare a meno di 15 ms circa di distanza le note del file dub con quelle del file guide. Nel test 2 è stata riscontrata una modifica della durata delle note nel file sincronizzato, in tale occasione non è stato possibile determinare i punti di inizio e fine dell'editing applicato da Vocalign. I risultati ottenuti da questo test hanno permesso di identificare queste zone di editing: 1) In figura 8 è mostrato l'allineamento con espansione di una nota del file dub. In questo caso la fase di attacco (880Hz) è lasciata inalterata, invertendo la fase del file dub dopo il riallineamento i due segnali si annullano. La fase di sostegno presenta contemporaneamente una sinusoide a 880 Hz ed una a 110 Hz, in questo punto il plugin ha ricostruito un periodo (circa 18 ms) in modo tale da sincronizzare il rilascio del file dub con quello nel file guide. Nella fase finale Vocalign ha nuovamente aggiunto un periodo al file dub, tuttavia in questo caso la modifica è stata apportata senza apparente motivo in quanto l'assenza di segnale guide avrebbe portato ad aspettarsi piuttosto un taglio. Figura 8: in azzurro il file guide, in verde il file dub, in rosso il file allineato. 2) Un'ulteriore conferma del comportamento è evidenziata dalla sincronizzazione presentata in figura 9: in questo caso la lunghezza della nota nel file dub era maggiore della corrispettiva nel file guide. Il plugin non ha modificato la fase di attacco né ha editato la regione finale del file, mantenendo per entrambe le sinusoidi presenti tutti i periodi, il test in controfase conferma l'inalterazione di entrambe le regioni. 12

17 Nella fase intermedia invece il plugin ha ridotto i periodi dell'onda complessa da 19 a 13, riducendo di circa 0,05 s la durata di questa regione. In questo caso il plugin sembra aver modificato la zona di durata superiore alle altre due per fare in modo che i due suoni (dub e guide) finissero contemporaneamente. Invertendo di fase questa regione (e riducendo la riproduzione alla sua durata) la riproduzione del file dub e quello allineato non dà somma nulla. Il motivo risiede in un modesto timewarping applicato dal plugin, probabilmente impiegato per permettere la rimozione dei 6 periodi dell'onda complessa. Dal test si deduce quindi la tendenza del plugin a non modificare zone di inizio e fine del segnale, agendo invece su fasi di stazionarietà più estese sia quando lo scopo è quello di estendere la durata del suono, sia quando l'obiettivo è quello di ridurla. È importante denotare un diverso comportamento nell'editing della durata dei segnali: nel primo esempio Vocalign allinea le due forme d'onda simili in quanto vicine, non considerando la coda in eccesso nel file dub, nel secondo caso il plugin preferisce invece applicare un taglio in modo tale da far coincidere la fine di entrambi i segnali. Figura 9: in azzurro il file guide, in verde il file dub, in rosso il file allineato. 3.6 Test 6: tracce con automazione di volume Come spiegato nella presentazione del plugin, Vocalign trova impiego in diversi settori, non necessariamente legati direttamente alla musica. In quello della post-produzione video sarebbe pressoché inutile avere un plugin influenzato nelle operazioni dal contenuto spettrale del segnale, in questi casi (e probabilmente anche in quello musicale) è preferibile lo sfruttamento di informazioni relative ai picchi del segnale. Per questo test si è quindi deciso di inserire un automazione di volume nella traccia dub, lasciando inalterati i 13

18 punti di note on e note off, la durata ed il pitch della traccia da sincronizzare. L'automazione è stata inserita tramite l'utilizzo dell'apposito comando di Logic, creando rapide variazioni di 6 db volume (Figura 10) nella traccia MIDI da cui si è generato il file dub. Nella seconda fase del test si sono quindi invertite le automazioni, in modo tale da verificare l'influenza della variazione del volume nell'editing apportato da Vocalign. Figura 10: automation tool di Logic Analisi dei risultati I risultati ottenuti da questo test hanno evidenziato una costante secondo la quale il plugin opera: in tutti i casi riscontrati Vocalign restituisce note con compressione del segnale in punti di volume inferiore ed espansione delle zone a volume maggiore (figura 11). Questo comportamento non è condizionato dalla lunghezza delle suddette regioni, infatti, anche in note dove il volume preponderante era inferiore di 6 db Vocalign ha applicato il medesimo editing, a volte spostando inoltre la traccia dub, già perfettamente sincronizzata con la guide (lo spostamento massimo registrato è di 8 ms). Figura 11: in azzurro il file guide, in verde i file dub con automation complementari invertite, in rosso i due file allineati. Inizialmente si è pensato che i risultati potessero essere stati influenzati dal volume delle note prese come riferimento nel file dub, aventi tutte volume pari a +6 db, ripetendo il test con la traccia guide composta da note di volume inferiore però i risultati non sono variati di molto. Anche in questo caso Vocalign ha restituito in 14

19 output note composte prevalentemente da regioni con volume superiore, andando a ridurre notevolmente (mediamente di 40 ms) quelle con volume inferiore di 6 db. Dopo aver denotato la costanza con cui il plugin edita secondo questo criterio si è quindi ipotizzato che Vocalign preferisca considerare maggiormente il segnale con volume più alto sia per il contenuto informativo maggiore, sia per evitare che zone con volume alto abbiano durata limitata e che quindi vengano percepite come fastidiosi squilli. In alcuni casi si è notato che, risincronizzando file dub e file allineato lungo le zone di incremento del volume, Vocalign ha mantenuto le distanze tra i vari punti in cui era stato applicato l'incremento di 6 db (figura 12). Figura 12: file dub in verde e file dato in output da Vocalign in rossi risincronizzati manualmente. Anche questo test ha confermato il disinteresse di Vocalign per quanto concerne la fase del segnale, d'altronde il plugin è stato ideato per segnali complessi e non stazionari, in tali casi una cancellazione di fase importante con il file guide risulterebbe comunque improbabile. Il secondo caso presentato in figura 12 evidenzia un editing molto simile a quello già riscontrato nel test 5 (figura 8), probabilmente anche in questo caso il plugin ha operato considerando il volume del segnale, anche se in tale test il volume risultava essere maggiore non per una sua modifica ma per la somma delle due onde sinusoidali. 3.7 Test 7: intervalli armonici in due ottave Dati gli esiti dei test precedenti il test 7 ha avuto il compito di determinare se l'editing apportato da Vocalign sia in qualche modo condizionato dal contenuto spettrale del segnale o se il plugin operi effettivamente senza estrazione di informazioni di questo tipo. Per il test si sono quindi generate 4 serie di 3 suoni polifonici composti da una tonica a 880 Hz e da un'altra sinusoide con frequenza variabile da 440 Hz a 1760 Hz (rispettivamente La 4 e La 6). Nel file guide le prime due serie prevedevano suoni di durata di 0,38 secondi, le seconde due erano invece composte da sinusoidi con durata pari a 0,75 secondi. Nei diversi file dub si sono quindi generati a partire dalla sinusoide da 880 Hz dieci intervalli armonici diversi, 5 con una nota più bassa della tonica, 5 con nota più alta. Nella prima serie si è quindi ridotta la durata della nota più bassa prima con un taglio di 42 ms, poi di 80 ms ed infine di 120 ms, nella seconda serie si è fatto lo stesso con la nota più alta (figura 13). Nelle ultime due serie con durata di 0,75 secondi i tagli applicati sono stati di 125 ms, 190 ms e 300 ms (figura 14). 15

20 Figura 13: prime due serie di intervalli. Figura 14: seconde due serie di intervalli Analisi dei risultati I risultati confermano come Vocalign operi diversamente a seconda del contenuto spettrale del segnale, anche in casi in cui i tagli applicati sono identici. Per effettuare l'allineamento il plugin ha in alcuni casi compresso la parte iniziale della nota (formata da due sinusoidi), facendo coincidere la fine del suono dub con quella del suono guide, in altri casi il plugin ha esteso la fase iniziale, spostando l'inizio della seconda regione nel punto in cui il suono guida aveva termine. Note Prima serie Seconda serie Terza serie Quarta serie A4 Inc. Inc. Inc. Escl. Escl. Escl. Inc. Inc. Inc. Escl. Escl. Inc. B4 Inc. Inc. Inc. Escl. Escl. Escl. Inc. Inc. Inc. Escl. Escl. Escl. D5 Inc. Inc. Inc. Inc. Inc. Escl. Inc. Inc. Inc. Escl. Escl. Inc. E5 Inc. Inc. Inc. Inc. Inc. Escl. Inc. Inc. Inc. Escl. Escl. Escl. G5 Inc. Inc. Inc. Escl. Inc. Inc. Inc. Inc. Inc. Inc. Inc. Inc. B5 Inc. Inc. Inc. Inc. Inc. Inc. Inc. Inc. Inc. Inc. Inc. Inc. D6 Inc. Inc. Inc. Inc. Inc. Inc. Inc. Inc. Escl. Escl. Escl. Inc. E6 Inc. Inc. Inc. Inc. Inc. Inc. Inc. Inc. Inc. Escl. Escl. Escl. G6 Inc. Inc. Inc. Inc. Inc. Inc. Escl. Escl. Escl. Inc. Inc. Inc. A6 Inc. Inc. Escl. Inc. Inc. Inc. Escl. Escl. Escl. Escl. Escl. Escl. Tabella 1: Schema dei dati raccolti, con Escl. si indica la sincronizzazione con espansione della regione polifonica e conseguente spostamento di quella formata da un'unica sinusoide, con Inc. si intende la sincronizzazione del rilascio della nota nel file dub con quello della nota nel file guide. 16

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