L A B O R A T O R I O D I I N F O R M A T I C A M U S I C A L E

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1 L A B O R A T O R I O D I I N F O R M A T I C A M U S I C A L E MANIPOLAZIO NE DEL SE GNALE AUDIO E MU SI C INFOR MA TI ON R E TR IE VA L G.PRESTI - 21/03/ LE ZI ON E 5 1. LINEE DI RITARDO Una linea di ritardo (delay) è un dispositivo che ritarda il segnale in ingresso. Può essere realizzato via hardware mediante un anello di nastro e un meccanismo di lettura e registrazione, come illustrato in figura 1. L'aggiunta di un meccanismo di feedback e la possibilità di miscelare il suono ritardato (wet) con quello originale (dry) permette di introdurre ripetizioni sempre più tenui, utili per creare effetti di eco o simili. Per cambiare il tempo di ritardo si può cambiare la velocità del nastro o la distanza tra le testine. Si possono anche aggiungere più testine di lettura, per creare delay di tipo "multi-tap". Figura 1: Architettura di un semplice delay a nastro. Come si può intuire dalla figura, se viene cambiata la velocità del nastro durante il suo funzionamento, il materiale già registrato tra la testina di scrittura e quella di lettura verrà eseguito ad una velocità diversa rispetto a quella con cui è stato scritto, dando origine ad un classico effetto di temporaneo "detuning" delle suono in uscita dal delay.

2 Oltre a questo effetto di detuning, i delay analogici in genere introducono anche distorsione e rumore di fondo, che per ora tralasceremo. Inoltre esistono anche altri modi di realizzare delay analogici, tuttavia l'esempio del delay a nastro è una metafora ideale per spiegare il funzionamento dei delay digitali. Per implementare un delay nel dominio digitale in genere si utilizza una memoria tampone in cui il suono viene registrato e quindi riprodotto con un certo ritardo. L'implementazione più efficiente consiste nell'utilizzo di buffer circolari: dato un buffer di dimensione N, un indice W indicherà il posto in cui verranno scritti i dati ed un indice R indicherà i prossimi dati che verranno letti, ad un ritardo D. Ad ogni nuovo campione audio W ed R variano secondo la relazione: Dove mod indica l'operatore di resto della divisione per N (o modulo). Se ad esempio N = 10, quando W+1 assumerà il valore di 10, il resto della divisione riporterà W a 0, come se il primo elemento 0 buffer fosse consecutivo all'elemento 9, da cui il nome buffer circolare (cfr. figura 2). Per cambiare il tempo di ritardo si può variare la distanza dei puntatori, mentre per simulare il cambio di velocità del nastro si possono incrementare i puntatori con valori diversi da 1, avendo l'accortezza di scrivere e leggere i dati dal buffer utilizzando un qualche meccanismo di interpolazione (in pratica si va a cambiare la frequenza di campionamento dei dati scritti nel buffer). Figura 2: Esempio di buffer circolare utilizzato per implementare un delay. W è l'indice di scrittura dei dati nel buffer, R è l'indice di lettura, la distanza tra R e W moltiplicata per la velocità di incremento degli indici definisce il tempo di delay. Rispetto alla figura 1 è come se fossero le testine a girare attorno al nastro.

3 Una linea di ritardo digitale, completa di meccanismo di feedback, può quindi essere implementata come illustrato in figura 3: Figura 3: Semplice delay digitale con controllo di feedback e dry/wet Delay senza meccanismi di feedback o controlli dry/wet sono utili come strumenti per ritardare il segnale (ad esempio ritardando un canale rispetto all'altro di valori intorno ai 15 ms si crea un effetto di accentuata stereofonia, utile per aprire nell'immagine stereo tracce monofoniche). E' possibile creare effetti "Slap-back", in cui viene generata una singola ripetizione oltre al suono originale (ad una distanza di ms). Il risultato è il tipico effetto rock'n'roll anni 50, che crea l'impressione di un ambiente molto grande, regolare e vuoto. Alcuni delay stereofonici forniscono a sinistra il feedback del canale destro e viceversa, creando ripetizioni che si alternano tra i due canali (ping-pong delay). Altri effetti interessanti si ottengono inserendo nella catena di feedback dei filtri, per creare ripetizioni sempre più chiare o più scure, oppure impostando tempi leggermente diversi tra canale destro e sinistro per creare ripetizioni aperte nell'immagine stereo. Praticamente tutte le DAW forniscono degli effetti di delay senza bisogno di plugin esterni. Si tratta infatti di processori estremamente utili e versatili, che possono servire non solo come "effetti" ma anche come strumenti di lavoro. Per calcolare la durata in millisecondi di una semiminima (utile per delay sincronizzati con la velocità del brano) si può ricorrere alla semplice formula: Dove t ms è la durata in millisecondi della semiminima, 60 è la durata in secondi di un minuto, 1000 è per la conversione in millisecondi e BPM sono i beats per minute del brano. Le altre durate si possono calcolare in funzione di t ms.

4 2. RIVERBERAZIONE Figura 4: Riverberi meccanici, realizzati facendo vibrare una piastra di metallo o una molla molto morbida, il principio di base è quello di avere una "stanza portatile" che riverberi il segnale. Riverberi e linee di ritardo sono generalmente modellati come fenomeni LTI completamente descritti dalla loro risposta impulsiva. Ad esempio registrando la risposta di una stanza è possibile (mediante convoluzione) riverberare ogni segnale come se fosse stato registrato in quella stanza. Tuttavia la convoluzione è un operazione che utilizza parecchie risorse sia in termini di memoria che di calcolo, è quindi più frequente l'utilizzo di simulatori di riverbero piuttosto che registrazioni di ambienti reali. Un ulteriore vantaggio fornito dai simulatori è la possibilità di poter cambiare facilmente i parametri di riverberazione. Figura 5: Parametrizzazione della risposta all'impulso di riverberi naturali Oltre al segnale diretto come prima cosa ad essere udita, l'anatomia della risposta all'impulso del riverbero in figura 5 mostra la presenza di early reflections (il suono che si riflette una prima volta sulle pareti prima di arrivare all'ascoltatore) e di una coda (le riflessioni successive, che creano una aura più densa e non distinguibile come singole riflessioni). Per simulare queste componenti sono stati sviluppati molti algoritmi, uno tra i più semplici (ma efficaci) è riportato in figura 6. Tra le novità presentate in figura si notino i filtri allpass, particolari filtri che non alterano il volume delle componenti in frequenza, ma solo la fase, introducono cioè ritardi solo su alcune frequenze, permettendo di distribuire nel tempo l'energia del segnale altrimenti concentrata in un istante.

5 Il filtro passabasso introdotto nella catena di feedback serve per simulare il decadimento più rapido delle alte frequenze, fenomeno indicato come damping nelle implementazioni più comuni. Figura 6: Simulatore di riverbero. Un delay multitap simula le early reflections, mentre una catena di filtri allpass stempera il suono nel tempo per creare la coda del riverbero. Tempi di pre-delay minori di ms compromettono l'intelligibilità del materiale riverberato, mentre tempi superiori permettono di mantenere una forte riverberazione senza compromettere il suono diretto. Questo fenomeno prende il nome di effetto di Haas. Il pattern dei tempi di ritardo delle early reflections (ER) è responsabile della percezione della geometria della stanza: ER equidistanti tra loro creano l'impressione di una stanza regolare, caratterizzata da un effetto flutter, in genere abbastanza fastidioso, con forti risonanze a frequenze ben definite. ER disposti casualmente creano invece ambienti più gradevoli, caratterizzati da un suono più diffuso. Le simulazioni di ambienti come hall, cattedrali e stage sono le più usate, insieme ai caratteristici riverberi meccanici illustrati in figura 4: spring e plate, dal suono meno naturale, ma molto gradevole e vintage. Nella produzione di un brano i riverberi possono essere usati per creare stereofonia (ad esempio usando solo le early reflections o mettendo dei gate in coda al riverbero, come sui tipici rullanti anni '80), tuttavia l'uso principale del riverbero è quello di donare naturalezza al brano, di porre gli strumenti in un contesto acustico, sia esso virtuale o realistico. Per questo motivo il riverbero va scelto in tema con le intenzioni musicali del brano, inoltre è opportuno non usare troppi riverberi diversi nello stesso brano, pena la confusione del mix.

6 In genere gli effetti per cui vale il principio di sovrapposizione (ovvero ) e che prevedono in uscita una miscela tra segnale originale (dry) e segnale processato (wet), possono essere usati in modalità send per risparmiare risorse e per poter settare i parametri più comodamente. Tra questi effetti vi sono delay, riverberi, chorus e phaser. Figura 7: Due canali mandano una copia del segnale (in questo caso post - fader) ad un canale effetto. La componente "Dry" proviene dai canali stessi, mentre la componente "Wet" viene dal canale effetto (per questo motivo molti riverberi hanno il bilanciamento dry/wet impostato su wet di default). Se mandare i segnali pre o post fader dipende dalle intenzioni dell'utente: nel primo caso la copia non è influenzata dal volume della traccia mandante, nel secondo caso abbassando il volume della mandante si abbasserà anche il volume della copia mandata.