DIGITALIZING (sampling) acoustic analogic digital

Transcript

1 Il suono digitale

2 DIGITALIZING (sampling) acoustic analogic digital

3 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 effettivo 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

4 Driver audio (algoritmo che permette ad uno specifico sistema operativo di pilotare un sistema hardaware) 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.

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

6 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. SR= campionamento al secondo. La FR standard di un cd audio è Hz

7 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). Il bit rate standard di un cd audio è 16 bit.

8 Formati audio Modo di disposizione e conseguente codifica dei dati Il modo di codifica (codec) La modalità di disposizione dei dati (formato) Per esempio, il ben noto codec WAV specifica che i campioni audio devono essere raggruppati in blocchi (detti chunks), in genere di uguale lunghezza. Questo è il formato: un file wav, quindi, è formato da piccoli blocchi di campioni disposti in sequenza come i vagoni di un treno. Di conseguenza, un programma che legge un wav non legge il singolo campione, ma carica un blocco alla volta. All'interno di questi blocchi, poi, i campioni possono essere codificati in vari modi: PCM o ADPCM, a 8 o 16 bit, con varie freqienze di campionamento.. Per poter suonare correttamente un file, i player devono conoscere almeno l'sr, il formato dei campioni e il numero di canali. Di conseguenza, ai campioni veri e propri viene anteposto un header (testata) che contiene questi valori e a volte, molti altri dati, compreso titolo, autore e copyright.

9 Formati audio Tipologie di formato Contengono i dati di controllo Contengono dati audio Contengono campioni e dati di controllo Formati che non contengono l'audio, ma solo i dati di controllo per crearlo. Il suono vero e proprio viene, poi, creato in locale da un generatore esterno o residente sulla scheda audio, oppure da un sintetizzatore virtuale (emulato via software). Di questa categoria fanno parte, ormai, solo i MIDI file. Nonostante il MIDI preveda la standardizzazione dei timbri strumentali (standard GS/GM), la qualità della riproduzione dipende strettamente dal sintetizzatore utilizzato. Lo standard GS/GM, infatti, indica solo il tipo di suono da utilizzare (es.: pianoforte), non la sua qualità. Formati che contengono effettivamente l'audio sotto forma di onda sonora campionata che viene riprodotta mediante un convertitore DAC e un semplice programma in grado di inviare i campioni al convertitore. La qualità della riproduzione, quindi, dipende solo dal sistema di conversione. Questi file possono essere compressi o meno e sono sia mono che multicanale. In quest'ultimo caso, i vari canali sono interlacciati (interleaved): abbiamo, cioè, un piccolo blocco di campioni del canale 1 seguito da uno di uguale lunghezza del canale 2 e così via. (Es.: file WAV, AU, AIFF). La terza categoria incorpora alcune caratteristiche di entrambe le precedenti. L'esempio tipico è quello dei file MOD. Il loro formato è simile a quello dei MIDI file (sono cioè composti di dati di controllo e non di audio vero e proprio), con la differenza che contengono anche i timbri strumentali con cui effettuare l'esecuzione sotto forma di un banco di suoni campionati. I dati di controllo, poi, pilotano l'esecuzione che deve essere effettuata con questi timbri. Nella prima versione i campioni erano a 8 bit. I file MOD sono originari dell'amiga, ma in seguito si sono originati vari formati che riprendono e sviluppano l'idea dei MOD.

10 Formati audio COMPRESSIONE AUDIO (ridurre le dimensioni di un file con opportuni algoritmi e codifiche) Senza perdita di dati (loseless) Con perdita di dati (lossy) Il file viene compresso senza eliminare alcuna informazione e la sua conseguente decompressione permette di ricostituire il file originale La compressione elimina parti considerate ridondanti o ininfluenti e la decompressione non restituisce il file originale APE, FLAC, LA LA comprime a 55.5 con velocità 2.5, APE in modalità extra-high comprime a 56.4 con velocità 8.8 APE in modalità normale comprime a 57.3 con velocità circa 17 FLAC comprime a 59.8 con velocità 20 in codifica e ben 44 in decodifica. AIFC (AIFF Compression) Compressione fino a 6:1. Buoni rapporti qulità/compressione a 3:1/ 2:1 MPEG (mp3) A 128 Kb/s buon risultato, a 160 Kb/s vicini all originale, a 192 Kb/s difficile percepire differenze con originale. Diritti autore. OGG VORBIS Open source. A bit rate bassi (-128 Kb/s) è migliore di mp3. WMA (ASF) Microsoft. Mediamente 20% più piccoli di mp3 ma qualità inferiore AAC Apple (I-pod). 96 Kb/s come un 128 Kbit/s mp3

11 MIDI (musical instrument digital interface) Pacchetti di dati binari che comunicano dati di controllo ed esecuzione (16 canali indipendenti) MIDI IN MIDI OUT MIDI THRU Ricezione dei dati Invio dati generati dallo stesso dispositivo Invio dati ricevuti dalla porta IN CHANNEL MESSAGE SYSTEM MESSAGE Channel voice Channel mode Note on, note off, Aftertouch, Pitch bend, Program change, Control change All notes off, local control, Poly/Mono, Omni on, Omni off, All sound off, Reset control System real-time, system common, System exclusive

12 MIDI Daisy-chain set up

13 MIDI Star network set-up