Musica e nuove tecnologie

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1 Musica e nuove tecnologie Liceo Multimediale Musicale A.Passaglia - Lucca Prof. Mauro Lupone

2 Acustica Psicoacustica

3 Forma d onda Ampiezza Fase Frequenza Ampiezza Tempo Lunghezza d onda 0.1 sec Il numero di ripetizioni della forma d onda (ciclo) in un secondo stabilisce la frequenza (Hz), parametro legato alla percezione dell altezza di un suono (grave, acuto..). Le frequenze audio percepibili dall uomo variano da 20 Hz a 20 khz circa. Il rapporto frequenziale della distanza di ottava è 1:2 (La2=220 / La3=440)

4 Range frequenziale Il grafico rappresenta le estensioni di frequenza di alcuni strumenti musicali moderni

5 Suono periodico come ripetizione nel tempo di una stessa forma d onda Rumore come presenza contemporanea di tutte le frequenze udibili (non c è un onda periodica) Strumenti e voce hanno ognuno proprie forme d onda caratterizzanti

6 Suono complesso I moti inarmonici si estinguono ai nodi. Restano invece quelle vibrazioni che sono in un rapporto multiplo rispetto alla vibrazione fondamentale (1:2:3.). La vibrazione principale viene detta fondamentale e le vibrazioni multiple sono definite come armoniche (parziali armoniche, suoni armonici, armonici)

7 Suono armonico L interazione tra le parziali genera la forma d onda finale (variazione complessiva di pressione dell aria nel tempo). Secondo il Teorema di Fourier possiamo rappresentare il suono come somma di componenti sinusoidali (parziali). E la base teorica della sintesi additiva.

8 Suoni strumentali flauto tromba sax soprano Questo grafico si riferisce alla ripetizione di una forma d onda nel tempo di alcuni strumenti musicali. Si noti come ogni strumento abbia la sua forma d onda caratterizzante che si ripete uguale a se stessa nel tempo. Tutti gli strumenti musicali (voce compresa) producono infatti un suono complesso armonico (ved. più avanti) che permette, poiché si ripete nel tempo, di determinare una altezza precisa e riconoscibile.

9 Spettro sonoro La natura del suono è, in definitiva, costituita dalla morfologia delle parziali in esso presenti (spettromorfologia) e dalla loro interazione. Creare la morfologia delle parziali (sintetizzare) significa generare il suono nella sua evoluzione temporale.

10 Spettromorfologie (sonogramma) Oggetti percussivi Texture rumoristica

11 Spettromorfologie (definizione di oggetto sonoro) SPETTROMORFOLOGIA spettro morfologia (inviluppo) gesto direzione tessitura spazio sinusoidale inarmonico tonico nodale rapido/rapido rapido/lento lento/lento/lento ascolto composto rumore

12 Scala dinamica Standard Operating Level

13 Volume Al pari dell altezza il volume di un suono rappresenta l aspetto percettivo relativo al livello di intensità del suono Non è un valore assoluto ma relativo. Il suo valore è in rapporto ad un valore di riferimento (livello minimo d intensità / livello di saturazione...) Tali valori sono espressi in decibel (db) e il range frequenziale umano va da 0 db a circa 120 db

14 Inviluppo

15 Rapporto parametro / percezione Frequenza Ampiezza Spettro (Inviluppo Altezza Intensità Timbro Dinamica)

16 Elettroacustica

17 Catena elettroacustica Variazione pressione aria (compressione / rarefazione) Trasduzione elettrica A/D D/A Digitalizzazione (sintesi, campionamento)

18 variazione pressione aria variazione elettrica Generare la variazione di pressione in funzione del tempo significa riprodurre il suono Con un circuito elettrico possiamo generare l andamento della funzione di pressione del suono nel tempo (oscillatore)

19 Connessione analogica sbilanciata Sono costituite da due conduttori: uno trasporta il segnale, l'altro svolge la funzione di massa. Il conduttore di massa viene utilizzato come schermo contro le interferenze elettrostatiche. Connessione analogica bilanciata Sono costituite da tre conduttori: il cavo che trasporta il segnale, la massa e un altro cavo che trasporta una copia del segnale invertita di fase rispetto alla massa.

20 Per arrestare il campo magnetico (in realtà! questa tecnica agisce su qualsiasi tipo di disturbo) all'interno del cavo microfonico vengono previsti due conduttori che trasportano il segnale avvolti a spirale. Sul primo conduttore scorre il segnale audio, sul secondo scorre lo stesso segnale invertito di fase. I due conduttori vengono avvolti a spirale perch!è in questo modo il campo magnetico investe mediamente entrambi i conduttori allo stesso modo. Quando i due segnali arrivano al mixer, il secondo segnale viene nuovamente invertito di fase e i due segnali cos! ottenuti vengono sommati. Questo porta ad un raddoppio dell'ampiezza del segnale originario e una cancellazione del rumore che a questo punto si trova invertito di fase sui due conduttori.

21 TRS jack 1/4": TRS-Tip Ring Sleeve (punta, anello, manica). Si è già accennato ai connettori di tipo jack da 1/4" utilizzati nelle connessioni sbilanciate (jack mono - TS) e quelle bilanciate (jack stereo - TRS). RS jack 1/8": Analoghi ai precedenti ma con dimensioni dimezzate. Consentono una qualità inferiore data la minor superficie metallica esposta per realizzare il collegamento. RCA: Altre denominazioni sono: phono, cinch, tulip. Ha la forma descritta nella figura seguente: Viene utilizzato per le connesioni su impianti Hi-Fi casalinghi e per le connessioni digitali di tipo SPDIF XLR - Cannon: Sono utilizzati per i cavi microfonici: Hanno la forma e le connessioni descritte nella figura seguente

22 connessioni digitali Digitale ottico (Toslink) Il formato trasmesso attraverso i connettori ottici è lo S/PDIF (il formato dati digitale introdotto da Sony e Philips) e la trasmissione lungo il cavo ottico avviene, tramite un fascio di luce rossa, attraverso una fibra ottica di plastica o di vetro. Il formato ottico viene utilizzato, oltre che per la trasmissione di un segnale S/PDIF stereo, anche per la trasmissione del formato ADAT, che trasmette in contemporanea 8 canali complessivi Digitale coassiale I connettori digitali di tipo coassiale sono strutturalmente identici ai connettori RCA analogici. Anche in questo caso il formato trasmesso! quello S/PDIF.

23 AES EBU I connettori per la trasmissione di dati digitali in formato AES/EBU sono strutturalmente identici ai connettori XLR o Cannon. Il formato AES/EBU! è lo standard audio digitale professionale ed!è superiore per affidabilit!à al formato S/PDIF. Connettore TASCAM Questo è un connettore utilizzato per il collegamento ad apparecchiature Tascam, presente solo su schede audio professionali. In pratica si tratta di un connettore a 25 poli che trasmette 8 canali di audio digitale simultaneamente

24 mixer

25 -Gain (guadagno): entrambi gli ingressi, quello di linea e quello microfonico sono dotati di un potenziometro di gain che regola il livello di amplificazione del segnale; spesso lo stesso potenziometro pilota i due circuiti di gain. Tramite uno switch selezioniamo il tipo di ingresso (microfonico o linea) -PAD (attenuazione): permette di attenuare di db segnali di ingresso eventualmente troppo alti. -Invertitore di fase: Da qui in poi il canale diventa unico. Questo stadio consiste in un invertitore di fase (scambia il polo negativo con quello positivo). -Equalizzatore: Equalizzatore parametrico. -Insert: Inserendo un connettore all'interno della presa insert out la connessione diretta insert-out/insert-in viene interrotta e il segnale viene fatto passare attraverso i moduli esterni. -Aux send: mandate ausiliarie

26 mute solo fader pan

27 TTipologie microfoni Principio di funzionamento Diagramma polare Come funziona Come capta

28 Microfono (elettro)dinamico Sono i pi!ù resistenti e sopportano pressioni elevate e per questo vengono comunemente impiegati in situazioni live. La frequenza di risonanza di questo tipo di microfoni! di circa 2.5 KHz, questo li rende particolarmente adatti per la riproduzione della voce e delle chitarre.

29 Microfono a condensatore Si rende necessaria l'applicazione di un voltaggio per polarizzare inizialmente il condensatore, definito phantom power, fornito generalmente dal mixer al quale il microfono viene collegato, in particolare ogni canale di un mixer possiede un bottone dedicato al phantom power che applica sul canale una tensione continua di 48V. Dunque la tensione phantom ha il duplice scopo di polarizzare il condensatore all'interno del microfono e di amplificare la corrente proveniente dallo stesso. Diaframma molto sottile che permette una buona riproduzione anche delle frequenze più! alte. Si pu!ò danneggiare se sottoposto al pressioni sonore molto elevate. Molto delicato dunque poco adatto a situazioni live. Viene soprattutto impiegato in studio.

30 Microfono a nastro Il diaframma è! molto sottile e questo permette una eccellente risposta alle alte frequenze anche se lo rende estremamente delicato e inadatto ad elevate pressioni sonore. Viene impiegato nella registrazione di voci delicate e di chitarre acustiche

31 Diagramma polare La direzione viene misurata in gradi. 0 gradi! il punto esattamente di fronte al diaframma mentre 180 gradi indica la posizione opposta, cio!è dietro al microfono. Ogni corona concentrica, a partire dalla pi!ù esterna, indica una perdita di 3 db.

32 A-circolare B-cardioide C-figura a 8 D-supercardioide E-ipercardioide

33 Microfono shotgun Il principio di funzionamento consiste nel fatto che qualsiasi suono che non proviene dalla direzione di puntamento, penetra all'interno delle fessure e, a causa della lunghezza del tubo, subisce innumerevoli riflessioni che mediamente si annullano le une con le altre. I suoni provenienti dalla direzione di puntamento percorrono invece il tubo senza ostacoli. Questo microfono viene usato per puntare una precisa sorgente sonora nello spazio, anche a grande distanza

34 Tecniche di microfonaggio stereo MICROFONI COINCIDENTI In questo caso si impiegano due microfoni posizionati nello stesso punto. Per questo motivo le differenze che vengono registrate dai due microfoni sono relative all'ampiezza e non alla fase, infatti il suono investe contemporaneamente i due diaframmi. Ci!ò rende questo tipo di tecniche mono-compatibili e dunque adatte per un utilizzo radio-televisivo. MICROFONI VICINI Queste tecniche prevedono l'impiego di due microfoni posti ad una distanza di cm che rappresenta la distanza media tra le orecchie umane. In questo caso, oltre alle differenze di ampiezza, sono registrate anche le differenze di fase tra i due segnali. Questo da una parte migliora la resa dell'effetto stereo ma pregiudica sensibilmente la monocompatibilit!à di questa tecnica. MICROFONI LONTANI I microfoni vengono posti anche a grande distanza gli uni dagli altri. La distanza tra i microfoni dipende dalla dimensione della sorgente sonora. La regola è di mantenere il rapporto 3:1 tra la distanza tra i microfoni tra di loro e la distanza dei microfoni dalla sorgente sonora. Queste tecniche impediscono di avere una compatibilità! mono dunque vengono utilizzate solo in determinati contesti.

35 Microfoni coincidenti TECNICA BLUMLEIN basa la sua resa dell'effetto stereo sulla presenza delle riflessioni che vengono captate dai lobi posteriori dei due microfoni. Vengono usati due microfoni con diagramma polare a figura di 8 con un angolo tra i due diaframmi di 90. Questa tecnica risulta particolarmente efficace in presenza di ambienti di elevata resa acustica in cui la presenza delle riflessioni contribuisce in modo determinante alla colorazione del suono. Sul mixer i due segnali vengono tenuti separati e convogliati direttamente sulle uscite.

36 Microfoni coincidenti TECNICA XY In questo caso vengono impiegati due microfoni a condensatore con diagramma polare a cardioide con un angolo che varia dai 90 ai 110 gradi (un angolo troppo ampio potrebbe creare un 'buco' nell'immagine stereo). Sul mixer i due segnali vengono tenuti separati e inviati direttamente alle uscite.

37 Microfoni coincidenti TECNICA MID SIDE Prevede l utilizzo di due microfoni, uno con diagramma polare cardioide e uno a figura di 8. Il cardioide riproduce il segnale proveniente da davanti mentre quello a figura di 8 ripeoduce i segnali laterali. I segnali vanno indirizzati nel mixer nella maniera seguente:

38 Decodifica dei segnali Mid Side Il segnale centrale viene riprodotto tale e quale mentre quello proveniente dal microfono a figura di 8 viene separato in due. Una parte viene mandata all'altoparlante di sinistra mentre l'altra viene invertita di fase e successivamente mandata all'altoparlante di destra dopo che entrambe sono state attenuate di 3 db (ci!ò compensa il fatto che il segnale è stato inizialmente sdoppiato). La mono-compatibilit!à è! assicurata dal fatto che sommando i due segnali, quello proveniente dal microfono a figura di 8 si elide. L'ampiezza dell'immagine sonora viene stabilita dai controlli panoramici (panpot) che operano sui due segnali laterali.

39 Microfoni vicini TECNICA ORTF Organisation Radio Television Francaise - Questa tecnica francese stabilisce di posizionare i due microfoni a condensatore con diagramma polare a cardioide ad una distanza di 17 cm e ad un angolo di 110 gradi. TECNICA NOS - Prevede l'utilizzo di due microfoni a cardioide posti a 30 cm di distanza con un angolo di 90 gradi. TECNICA OSS Optimum Stereo Sound - Sviluppata in svizzera Vengono impiegati due microfoni omnidirezionali posti ad una distanza di 17 cm con un angolo di 90 gradi. Tra i due microfoni viene posto un disco di schiuma acustica lungo 28 cm (Jacklin Disc) che simula la presenza della testa umana.

40 Microfoni lontani notare rapporto 3:1 Il numero dei microfoni varia a seconda della estensione della sorgente sonora da riprendere.

41 Tecniche binaurali Le tecniche binuarali si prefiggono lo scopo di riprodurre il suono esattamente come viene percepito da un ascoltatore. L'ascolto di queste registrazioni deve essere effettuato necessariamente con un paio di cuffie in modo da conservare intatto il realismo della simulazione. La stessa riproduzione su un paio di altoparlanti sarebbe inefficace a causa della vistosa interferenze tra i due segnali. Il sistema di registrazione binaurale Holophonic (1983) messo a punto da Ugo Zuccarelli adotta questo tipo di approccio.

42 Suono digitale

43 DIGITALIZING (sampling) acoustic analogic digital

44 MIDI mic electroacoustic digital signal Midi / Ethernet Expander/synth/sampler digital processor midi audio virtual instruments midi digital synthesis analogico digitale

45 DIGITAL SOUND EDITING CREATING INTERACTION MULTIMEDIA SYNTHESIZING SAMPLING VIDEO WEB PROCESSING INSTALLATION THEATRE MUSIC DJING

46 DIGITALIZING (sampling) Ad intervalli di tempo campiono e digitalizzo il segnale analogico, secondo determinati livelli di ampiezza. Maggiore è la frequenza di campionamento, migliore è la ricostruzione digitale. FR= campionamento al secondo. Lo standard di un cd audio è Hz

47 Processo di digitalizzazione ampiezza errore di quantizzazione tempo Allo stesso modo, il segnale sarà più preciso se avrò più livelli di ampiezza disponibili (numero di bit). Lo standard di un cd audio è 16 bit.

48 Scheda audio Frequenza di campionamento E' espressa in khz (kilohertz) ed è generalmente pari ad almeno 44.1kHz (che è lo standard del CD audio). Rappresenta il numero di campionamenti effettuati in un secondo. Può essere anche di 48, 88.2, 96, 192kHz. Quantizzazione E' espressa in bit, ed esprime la dimensione dell'area di memoria destinata ad archiviare l'ampiezza del segnale in un istante di campionamento. Il minimo attuale è di 16 bit, ma i prodotti professionali ormai hanno standard compresi tra 20 e 32 bit. Rapporto SNR o S/N (rapporto segnale/rumore) E' indicativo del rapporto tra il segnale effettico ed il rumore di fondo. Si esprime in db (decibel) e deve essere pari ad almeno 90dB per essere accettabile. Prodotti professionali arrivano a 110dB. Tempo di latenza E' il tempo che trascorre tra l'ingresso di un segnale nella scheda audio e la sua uscita dopo il percorso stabilito dall'utente (A/D, registrazione, processamento, D/A). Perchè non sia fastidiosa deve essere inferiore ai 20 ms. La latenza dipende da un ampio insieme di fattori, oltre alla gestione della scheda audio da parte dei driver, tra cui: velocità del processore, quantità e velocità della RAM, velocità di trasferimento dati sull'hd, etc

49 Driver audio WDM (Windows Driver Model) Driver sviluppati da Microsoft per l'elaborazione dei dati in ambiente Windows. Gestiscono lo streaming audio in tutti i sistemi operativi Windows dal 98 in poi. Direct Sound Tecnologia di Microsoft compresa nei driver DirectX. ASIO (Audio Stream Input/Output) Sviluppata da Steinberg - produttore di Cubase e Nuendo - per gestire lo streaming audio e la sincronizzazione degli input della scheda con i propri software su Pc e su Mac. CoreAudio Driver sviluppati da Apple per la gestione dell'audio sotto MAC OS. EASI (Enhanced Audio Streaming Interface) Driver sviluppati da emagic (oggi assorbita da Apple) per il software Logic. E-WDM (Enhanced Windows Driver Model) Driver sviluppati da ESI basandosi sui WDM di Microsoft. GSIF (Giga Studio InteFace) Sviluppati da Tascam per i software GigaSampler e GigaStudio.

50 Processing

51 filtraggio I filtri vengono utilizzati per eliminare delle bande di frequenze dal segnale originario. Generalmente vengono realizzati con una circuiteria passiva e sono identificati da una frequenza di taglio fc e da una larghezza di banda (sempre calcolata nel punto in cui il guadagno subisce una perdita pari a 3dB). passa basso passa alto passa banda

52 Direct signal riverbero Early reflection Reverb cluster Pre Delay: Consente di modificare il tempo del Pre Delay. Early Reflections: Durata delle prime riflessioni. Decay: Durata del decadimento delle ultime riflessioni. Mix: La percentuale tra segnale asciutto e bagnato (riverberato) Dimensioni della stanza: spesso i valori sono riferiti alle forme-dimensioni degli ambienti (hall, room, chamber, cathedral, spring/plate) HF Ratio: le alte frequenze sono le prime ad essere attenuate durante le riflessioni. Questo controllo permette di simulare le capacit! di assorbimento delle superfici Stereo width: allarga o restringe l'immagine stereo del riverbero

53 delay Time: Feedback-Gain: Tempo di ritardo Guadagno del feedback. Se pari a 1 il delay sarà infinito. Inferiore a 1 la dinamica tenderà a spegnersi con le varie ripetizioni. L'era digitale ha semplificato molto la realizzazione di questo effetto consentendo inoltre di introdurre innovazioni interessanti come il ping pong delay (le repliche sono alternate sui canali destro e sinistro) e il multi-tap (le repliche si susseguono con tempi diversi creando effetti di dissolvenza). Nella pratica musicale il tempo di delay viene spesso posto pari al tempo di una battuta. In questo modo le repliche vanno a tempo con la musica creando un effetto che contribuisce a riempire il suono. Per calcolare il tempo di delay (in millisecondi) necessario per un pezzo di n battute al minuto (bpm - beats per minute) possiamo ricorrere alla seguente formula: tempo di delay (ms)=60000 ms/bpm

54 Pitch shift Interviene sul tono (frequenza) del segnale in ingresso. Leggendo a velocità diverse il file audio l intonazione varia (1:2 è il rapporto per l ottava). Agendo sul tempo di emissione del segnale shiftato è possibile realizzare configurazioni sonore come da figura.

55 Compressore Segnale con dinamica di 50 db Soglia della compressione (threshold)= -20dB Rapporto (ratio) = 3:1 La parte di segnale al di sotto della soglia!è rimasta invariata mentre la parte superiore! è stata ridotta a 1/3 e dunque la parte di dinamica superiore alla soglia che era di 30 db si è ridotta a 10 db. La dinamica complessiva! dunque è stata ridotta da 50 db a 30 db.

56 Interazione

57 INTERACTION interactive sensor digital video capture digital audio software

58 Interactive Sensors examples

59 d 1 Velocità = d / tempo fra rilevazioni

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