7_codifica_compressione_suoni nell'informarica

intro alla compressione dei suoni

1. Codifica e compressione dei Suoni

2. Definizione di suono L'insieme delle vibrazioni che parte da una sorgente sonora (strumento musicale, orchestra, voce, acqua che scorre in un ruscello) attraversa un altro mezzo elastico (quindi non il vuoto) e arriva, ad esempio attraverso l'aria, al nostro orecchio è definibile come onda sonora .

3. Il suono arriva al timpano Il timpano , che quando arriva l’onda sonora, subisce delle variazioni di pressione e vibra. Il fenomeno puramente fisico delle onde che colpiscono il timpano viene da noi percepito, grazie alle cellule cerebrali, come suono .

4. Struttura delle onde sonore Le onde sonore sono segnali analogici, quindi hanno un’ampiezza e una frequenza, analogamente alle onde radio.

5. Onde sonore «udibili» L’orecchio umano riesce a udire suoni da 20 Hz a 20KHz con una sensibilità maggiore nell’intervallo tra 2 e 4 KHz (la voce umana varia da 500 Hz a 2KHz) http://onlinetonegenerator.com/ http://onlinetonegenerator.com/hearingtest.html

6. Campionamento e quantizzazione del suono Anche i suoni vengono codificati attraverso sequenze di bit. Il suono, che è un segnale di tipo analogico, viene campionato e quantizzato.

7. Segnali audio - Campionamento Esiste una frequenza di campionamento (detta valore di Nyquist ) che garantisce la ricostruzione fedele del segnale. Teorema Nyquist - Shannon : Il segnale può essere ricostruito completamente se è stato campionato ad una frequenza F c maggiore del doppio della frequenza della componente del segnale di frequenza più alta f M ( F c >= 2 f M ) Es. l’orecchio umano è in grado di percepire frequenze tra i 20Hz e i 22 KHz la frequenza di campionamento per l’audio (limite di Nyquist ) si pone quindi attorno ai 44 KHz.

8. Per il teorema di Shannon e Nyquist la frequenza di campionamento di un’onda sonora deve essere doppia rispetto alla massima frequenza da riprodurre per ottenere una conversione completa del segnale analogico Alla qualità audio CD la frequenza di campionamento è di 44.1 KHz (il doppio di 22.05 KHz) Campionare a 16 bit vuol dire avere 2 16 valori da assegnare alla forma d’onda in quel punto (65356) Campionare a 8 bit vuol dire averne solo 256 PRODUZIONE DEL SUONO

9. Per la voce un campionamento accettabile è di 8 bit a 22 KHz 10 sec di audio digitale stereo a 44.100 Hz equivalgono a 1.764.000 byte (1,68 Mb) per questo motivo in un Cd audio trovano posto solo circa 70 min di musica Infatti: 1,68Mb x 6 = 10,8 Mb ovvero 1 minuto di audio HD 650Mb / 10,8MB = 60,18 minuti … ovvero tempo totale registrabile su CD PRODUZIONE DEL SUONO

10. Dispositivi di codifica (ADC) Suono onda di pressione dell’aria Microfono Converte il suono in segnale elettrico Cavo elettrico 1 Trasporta il segnale elettrico analogico fino al ADC A nalog to D igital C onverter Cavo elettrico 2 Trasporta il segnale elettrico digitale verso il computer Campionamento Quantizzazione 10001001010001 Segnale analogico Segnale campionato Segnale digitale A nalog to D igital C onverter

11. Dispositivi di codifica (DAC) Esiste anche il processo inverso, che trasforma l’informazione da digitale ad analogica. Nel caso del suono questo compito è svolto dal D.A.C. (Digital to Analog Converter) che trasforma il segnale digitale in segnale elettrico analogico; tale segnale viene successivamente trasformato in onda sonora dalle casse acustiche. Suono onda di pressione dell’aria Cavo elettrico 2 Trasporta il segnale elettrico analogico fino alla cassa D igital to A nalog C onverter Cavo elettrico 1 Trasporta il segnale elettrico digitale verso il DAC Cassa Acustica Trasforma il segnale elettrico analogico in suono

12. Attività Registrazione di un suono Registrate un breve suono (5-10 secondi) che includa la voce o un rumore ambientale usando il dispositivo a disposizione. Cercate di scegliere un suono con variazioni interessanti (ad esempio, voce parlata o musica strumentale). Modifica del campionamento Nel software Audacity , esportate il suono a diverse frequenze di campionamento: 44,1 KHz 22 KHz 8 KHz Ascoltate ciascun file audio e annotate le differenze percepite in termini di qualità sonora. Quale frequenza sembra più fedele all’originale? Quali dettagli si perdono alle frequenze più basse?