Sviluppo di nuove tecnologie audio basate sulla Quadrifonia acustica nell ambito del progetto europeo IP-Racine

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1 Fondazione Scuola di San Giorgio National Research Council of Italy Sviluppo di nuove tecnologie audio basate sulla Quadrifonia acustica nell ambito del progetto europeo IP-Racine Domenico Stanzial, Davide Bonsi, Diego Gonzalez Laboratorio di Acustica, Isola di San Giorgio Maggiore, Venezia, Italy Giuliano Schiffrer Dipartimento di Fisica & INFN Università di Ferrara 1 Seminario FSSG-Dip. Fisica Ferrara, 8 giugno 006

2 Integrated Project Research Area Cinema 1 UPF Universitat Pompeu Fabra Spain TBSN Thomson Broadcast Solutions Nederland BV Netherlands 3 DTB Deutsche Thomson-Brandt GmbH Germany 4 Pandora Pandora International Ltd United Kingdom 5 FilmLight FilmLight Ltd United Kingdom 6 Barco Barco n.v. Belgium 7 LUC-EDM Limburgs Universitair Centrum Belgium 8 JRS Joanneum Research Forschungsgesellschaft GmbH Austria 9 UG The University of Glasgow United Kingdom 10 Fondazione Scuola San Giorgio Italy 11 F-UPF Fundació Universitat Pompeu Fabra Spain 1 MEDIApro Mediaproducción S.L. Spain 13 DVS Digital Video Systems GmbH Germany 14 XDC XDC S.A Belgium 15 Brainstorm Brainstorm Multimedia S.L. Spain 8/6/006 Dipartimento di Fisica, UniFE

3 Integrated Project Research Area Cinema Area di attività del Lab per IP-Racine Definizione di nuove tecnologie digitali per la registrazione e riproduzione di suoni in grado di fornire nuove e avvincenti forme di spettacolo mediante i sistemi per la proiezione audio-video 3-D di alta qualità. Stato dell arte La produzione dell audio cinematografico è basata attualmente in gran parte sui sistemi Dolby con 5+1 o 7+1 canali audio, con noti difetti nell area di ascolto quali l innaturale percezione della localizzazione dei suoni o dell ambiente acustico. Innovazione attesa Sviluppo di un sistema audio basato sulla quadrifonia acustica per ricreare l acustica naturale originale in un ambiente acustico virtuale 8/6/006 Dipartimento di Fisica, UniFE 3

4 Integrated Project Research Area Cinema Data and metadata information flow Verifica dell alta fedeltà quadrifonica con la misura di indicatori energetici Misure di ambienti reali P, P, P, P Risposte quadrifoniche di ambienti simulati 8/6/006 Dipartimento di Fisica, UniFE 4

5 Quadrifonia Acustica 1/ Nella teoria acustica lineare, ogni evento sonoro è descrivibile da un campo scalare detto potenziale cinetico, dal quale entrambi i campi di pressione acustica e velocità delle vibrazioni dell aria sono derivati: ( x, t) p( x, t) 0 ; v( x, t) ( x, t) t Come anche p e v sono soluzioni dell equazione delle onde di D Alembert e sono misurabili con appositi sensori. Con la conoscenza di p e v si possono verificare sperimentalmente le seguenti leggi di conservazione per la densità dell energia acustica e il momento delle onde sonore: Energy flux density Energy density Energy conservation j: pv c q Momentum density Force density Momentum conservation p q : v v f c 1 w p 0 0c v 1 v v p 0 0c w j 0 t q f 0 t 8/6/006 Dipartimento di Fisica, UniFE 5

6 Quadrifonia Acustica Da un punto di vista fisico-matematico l equazione d onda può essere scritta in forma quadri-dimensionale. In questo modo si dimostra che la pressione acustica p e le tre componenti del vettore velocità v costuiscono un quadrivettore: P p c, v, v, v che può essere chiamato momento quadrifonico del suono. La tecnologia audio basata su questi principi prende il nome di quadrifonia acustica (da non confondere con altre tecnologie audio omonime già sviluppate fin dagli anni 60) Da un punto di vista percettivo è dunque ragionevole supporre che lo stimolo fisico che origina le nostre sensazioni sonore sia completamente contenuto nel momento quadrifonico del suono. Perciò abbiamo definito e brevettato il procedimento fisico rigoroso per registrare P. Stiamo ora lavorando alla soluzione del problema inverso: una volta registrato il quadri-momento come è possibile ricostrure il suono che abbia lo stesso P? Dal punto di vista ingegneristico si tratta chiaramente di un problema di controllo e dal punto di vista matematico si tratta di trovare le condizioni al contorno giuste. 8/6/006 Dipartimento di Fisica, UniFE 6

7 3D Microflown Registratore quadifonico (D. Stanzial, D. Bonsi, G. Schiffrer, Equipment for collection and measurement of quadraphonic sound data and metadata and related procedure, Brevetto Italiano n del /1/003; Europeo n del 8/6/005) Segnali di pressione (1) e velocità (3) 8/6/006 Dipartimento di Fisica, UniFE 7

8 Implementazione hardware del prototipo di registratore/analizzatore quadrifonico In collaborazione con IEIIT-CNR di Pisa 8/6/006 Dipartimento di Fisica, UniFE 8

9 Libreria acustica-quadrifonica di ambienti Casi di studio: Diverse sale della Fondazione Cini e chiese di Venezia (collaborazione con Cambridge University - UK) 8/6/006 Dipartimento di Fisica, UniFE 9

10 Elettra Sound Quad Control System Elettra Sound Feedback Control System Acoustic velocity signal Loudspeaker velocity signal m, acoustic admittance at loudspeaker boundary Kinetic Potential acoustic pressure copyright March 005 by D. Stanzial,. 8/6/006 Dipartimento di Fisica, UniFE 10