© Stefano Bonetti
4. AUDIO DIGITALE
Campionamento, Frequenza di campionamento e Quantizzazione
Come definizione generale, con il termine campionamento si intende la trasformazione del segnale audio analogico (continuo) in digitale (discreto). Tale termine deriva dal fatto che preleviamo dei campioni, ovvero dei valori, del segnale audio originario e li preleviamo ad intervalli di tempo regolari. Il ritmo costante con cui si prelevano questi campioni viene identificato con una frequenza detta frequenza di campionamento che viene misurata in ertz (Hz). La frequenza di campionamento viene dunque definita come l'insieme delle misurazioni del segnale prese nel tempo di un secondo. Con la quantizzazione il convertitore !C (analog to digital converter) trasforma i valori continui di tensione in valori discreti di ampiezza restituendo il numero "inario corrispondente# la precisione della scala di rappresentazione dell'ampiezza dipende dal numero di !it con cui viene campionato il segnale (si parla di risoluzione in "it del campionamento). $ella maggior parte dei sistemi digitali %consumer&, come ad esempio il C!udio, il segnale viene campionato con una risoluzione di "it (che pu* rappresentare al massimo ++ valori, traslati da -/0 a 1// e dedotti dalla gi2 citata formula# 3n4"it). La quantizzazione agisce sull5ampiezza del segnale campionato e quindi q uindi sul suo %range dinamico& (gamma dinamica). Errore di quantizzazione#
$ella quantizzazione ogni campione viene rappresentato da un valore che ne approssima il valore reale# un valore %infinito& deve essere convertito in un valore %finito& del sistema "inario. 6 qui che l'operazione di conversione in digitale di un segnale analogico introduce una degradazione, poich7 il segnale digitale che risulter2 sar2 solo una approssimazione del segnale analogico. 8li errori di approssimazione introdotti nella quantizzazione provocano del rumore, detto rumore di quantizzazione, che pu* essere quantificato in funzione del numero di "it utilizzato. 9d 7 proprio il numero di "it " it a determinare la possi"ile gamma dinamica, ovvero il cosiddetto rapporto segnale/rumore (:;< o :$<, :ound to $oise
(dove n4"it 7 il numero di "it) ovvero, volendo essere pi= precisi# - * Lo/-%A.A'
(dove . 7 l'ampiezza assoluta) d esempio, con "it il rapporto :;< 7 uguale a > d? (a titolo di esempio le registrazioni su nastro analogico hanno un rapporto :;< di circa +d?), ovvero >.>+>0+. @ediamo ora attraverso i due seguenti esempi come Arequenza di campionamento e Buantizzazione agiscano sulla qualit2 e sulla dinamica di un segnale# ) In questo primo esempio cercheremo di campionare un suono ad una frequenza di Hz con una risoluzione di "it (sono dei valori naturalmente impossi"ili nel campo audio, ma servono a chiarire il concetto). 1
Con dei valori cosD "assi non riusciamo a rappresentare correttamente la forma d5onda analogica (colore "lu) nel dominio digitale (punti e linee rosse).
) :e per* aumentiamo i valori di frequenza di campionamento e di risoluzione a Hz;E"it, vediamo che il segnale analogico comincia a corrispondere con pi= precisione al segnale digitale ("lu F analogico, rosso F digitale).
rrivando ad una frequenza di campionamento di EE.Hz (EE. campioni al secondo) con una risoluzione di "it (scala di rappresentazione di ++ valori), tipiche come gi2 detto dei
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sistemi digitali %home&, otterremo una rappresentazione tutto sommato molto vicina a quella analogica. ttualmente nei sistemi audio %professional& si preferiscono frequenze di >Ghz o addirittura >Ghz, con risoluzioni di E"it, le quali permettono una qualit2 del suono ottima con un rapporto segnale;rumore molto elevato (E"it F EEd?). Fo0do1er e Frequenza di 23quit
:econdo il teorema di $quist la frequenza di campionamento deve essere almeno due volte la massima frequenza registrata oppure, invertendo i termini, la massima frequenza rappresenta"ile in un sistema digitale 7 la met2 della frequenza di campionamento. Con il termine di Arequenza di $quist si intende esattamente la met2 della Arequenza di campionamento. n segnale audio con una "anda passante di JHz richiede una frequenza di campionamento di E JHz# se prendiamo ad esempio la nostra frequenza di campionamento tipica di EE.Hz, la massima frequenza rappresenta"ile sar2 di .+Hz (Arequenza di $quist). :e esisteranno delle frequenze superiori queste produrranno il cosiddetto fenomeno del %fo0do1er&, cio7 ripiegamento# il termine deriva dal fatto che le frequenze superiori alla Arequenza di $quist verranno riflesse (ripiegate) intorno a quest5ultima. Ker eliminare questo fenomeno "isogna filtrare il segnale con un filtro passa"asso prima della conversione per assicurare che la sua "anda passante sia corretta. Aacciamo nuovamente un esempio (sempre con valori irreali nel campo audio digitale ma che ci consentono di rappresentare meglio il pro"lema)#
$ella figura precedente, il primo suono a Hz viene rappresentato correttamente il suono a EHz anche, ma come si vede arriva alla soglia massima di rappresenta"ilit2. Il suono a Hz invece non viene campionato con sufficiente frequenza per essere rappresentato correttamente, generando cosD il fenomeno del foldover. La frequenza di foldover risultante viene data da# Areq. di campionamento - Areq. troppo alta (superiore a Areq. di $quist) ($ell5esempio precedente otteniamo una frequenza di Hz data da 0Hz - Hz)
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CO25E$TITO$I 6IDEALI7
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CO25E$TITO$I $EALI8
$el mondo digitale %reale& si usano delle particolari tecniche per migliorare ulteriormente il rapporto :;<# •
A0iain e "o1racampionamento %O1eramp0in'
$el processo di conversione digitale;analogica do""iamo sempre tenere presente che il segnale digitale convertito in analogico non 7 un segnale continuo, ma a gradini, e perci* contiene pi= immagini dello spettro fondamentale, dette a0ia. Bueste sono essenzialmente delle ripetizioni dello spettro a frequenze pi= alte (che superano la frequenza di $quist) e sono dovute alla distorsione armonica introdotta dai gradini stessi. Bueste frequenze, riflettendosi al di sotto della freq. di $quist generano del rumore aggiuntivo. Ker evitare i distur"i 7 necessario rimuovere queste immagini con un filtro analogico, che viene perci* detto fi0tro anti9a0iain. :i tratta di un filtro passa"asso con frequenza di taglio pari alla massima frequenza audio che interessa, quindi, in genere f t ( Freq. campionamento # (ovvero Areq. di $quist)
(dove f t 7 la frequenza di taglio). KoichM un filtro analogico non pu* avere una curva di taglio ideale, e cioM lasciar passare immutate le frequenze desiderate e cancellare completamente le altre/, si preferisce oggi aumentare la frequenza di campionamento nel processo di conversione !; (!igital to nalog), tipicamente da E a 0 volte (o1eramp0in o o1racampionamento), in modo tale da spostare a frequenze pi= alte le immagini degli spettri indesiderati (oltre la soglia di udi"ilit2). $ell5oversampling dunque si %aggiungono& campioni (per interpolazione) fra un un campione originale e l5altro migliorando cosD il rapporto :;< a parit2 di "it di quantizzazione. •
Dit:erin
La quantizzazione ha alcune importanti conseguenze, particolarmente alle ampiezze pi= "asse. :e 7 vero che la gamma dinamica di un segnale di "it 7 di circa > d?, questo vale solamente per i segnali di ampiezza massima. Consideriamo infatti una sinusoide di ampiezza 0 d? (shiftati in d?fs F 0 - > F /0d?fs), equivalente a "it (0d? deriva da "it N F 0d? vedere quanto detto per il rapporto :;<)#
1
Inoltre,
di fase.
pi= ripido 7 il filtro e pi= introduce irregolarit2 nella risposta in frequenza e distorsioni 5
Il risultato (in alto nella figura precedente) 7 una forma d'onda che non 7 affatto sinusoidale, ma assomiglia pi= a un'onda quadra, uno spettro complesso con armoniche dispari# si tratta quindi di distorsione armonica. Ker mascherare queste armoniche che costituiscono il cosiddetto rumore di quantizzazione, si aggiunge al segnale una piccola quantit2 di rumore "ianco (dithering F tremore, in "asso nella figura precedente).
•
Con1ertitori / !it %ima#de0ta'
:ono i pi= utilizzati per realizzare i lettori C! e sfruttano il sovracampionamento per ottenere un rapporto :;< elevato.
... errore 6;itter7
Krima di passare alle tecniche di sintesi del suono, do""iamo menzionare ancora un altro errore che le apparecchiature digitali possono introdurre nel nostro segnale# il cosiddetto % jitter & o %errore di jittering&. Aino a questo momento a""iamo dato per scontato che la scheda audio registri i vari campioni del segnale analogico ad esattamente EE.Hz, ovvero ogni ;EE. secondi (. ms). Buesto per* non 7 del tutto esatto perch7 c57 sempre un piccolissimo errore di %timing& (temporizzazione) che fa prendere il segnale o troppo prima o troppo dopo rispetto al momento esatto. Buesto deriva da piccolissime imprecisioni del generatore di clocJ (il gi2 citato cristallo di quarzo). $ell5audio %professional& l5errore di Oittering 7 impercetti"ile (praticamente inesistente), mentre su apparecchiature mediocri pu* essere pi= frequente. Krovoca distorsioni, rumore o perdita di informazioni (in pratica riduce il rapporto :;<).
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"I2TE"I DEL "UO2O
L'oscillatore digitale e le tecniche di sintesi $el caso di segnali numerici, una tecnica di sintesi 7 una formula che consente di calcolare il valore dei campioni che rappresentano il suono. LI*F*n*T'
F mpiezza, KIF Ki8reco (.E+>...), AFArequenza desiderata, TFKeriodo di campionamento (;Areq. di Campionamento) In generale l5oscillatore digitale accetter2 due parametri in ingresso, ovvero l5ampiezza e la frequenza#
"intei additi1a
La sintesi additiva 7 un tipo di sintesi con la quale si pu* creare una forma d5onda complessa a partire dalla somma di forme d5onda semplici (come ad esempio una somma di sinusoidi). Podificando le ampiezze delle componenti armoniche (parziali) 7 possi"ile ottenere una grande variet2 di tim"ri (vedi in proposito il Teorema di Aourier). Ku* essere a pettro fio (ovvero l5ampiezza delle parziali non cam"ia nel tempo) oppure a pettro 1aria!i0e (l5ampiezza di ciascuna parziale varia nel tempo in modo tale che anche il tim"ro del suono cam"i nel tempo). ""iamo gi2 visto parlando di %Aisica del :uono&, come anche le forme d5onda quadra, triangolare o a dente di sega, derivino dalla sovrapposizione di suoni sinusoidali semplici.
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"intei ottratti1a
La sintesi sottrattiva nasce dell5idea di poter creare un suono sottraendo ampiezza ad alcune componenti di un suono pi= complesso di quello da ottenere attraverso l5uso di filtri. Il filtro 7 un dispositivo che lascia passare certe frequenze mentre "locca (o riduce) delle altre. 8eneralmente si parte da un rumore "ianco (che nasce dalla compresenza di tutte le frequenze udi"ili) e attraverso un "anco di filtri si genera il suono voluto. I filtri che vengono utilizzati sono# •
•
•
Filtro passa-basso#
7 un filtro che attenua tutte le frequenze al di sopra della cosiddetta %frequenza di taglio& ovvero lascia passare solo le frequenze che si trovano sotto tale frequenza Filtro passa-alto# 7 un filtro che lascia passare tutte le frequenze sopra la frequenza di taglio e quindi "locca quelle poste al di sotto di tale frequenza Filtro passa-banda# 7 un filtro che consente di attenuare le frequenze al di sopra e al di sotto di una certa "anda di frequenze. d esempio se gli estremi del filtro sono e Hz, il filtro attenuer2 le frequenze al di sotto di Hz e quelle al di sopra di Hz, lasciando passare una "anda sonora di EHz (detta %"anda passante& o %larghezza di "anda&).
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"intei per ?odu0azione d
La modulazione d5ampiezza 7 l5alterazione dell5 ampiezza di un oscillatore provocata da un altro oscillatore. L5oscillatore che viene modulato viene detto portante (carrier), mentre l5oscillatore che provoca la modulazione viene detto modulante (modulator). Kensiamo come punto di partenza il concetto del %tremolo&# esso indica una oscillazione di ampiezza nel tempo. La caratteristica del tremolo per* 7 che questa oscillazione ha una frequenza "assa (sotto i Hz) se per* questa oscillazione supera i Hz in questo caso a""iamo un fenomeno diverso, ovvero la comparsa di frequenze nuove che si aggiungono allo spettro della portante. !a qui nascono le tecniche conosciute con il termine di A? (modulazione d5ampiezza) e $? (ring modulation o modulazione ad anello). La differenza fra questi due tipi di modulazione sta nel fatto che la modulazione d5ampiezza usa un segnale modulante unipolare e conterr2 in uscita anche la portante, mentre la modulazione ad anello usa un segnale modulante "ipolare e non conterr2 in uscita la portante. I segnali unipolari sono quelli che oscillano solo nel campo positivo# per crearli c57 "isogno di aggiungere una costante (un valore fisso detto %Qffset&) ad un oscillazione "ipolare. I segnali "ipolari invece sono quelli che oscillano nel campo positivo e nel negativo. La modulazione ad anello pu* essere generata anche moltiplicando due segnali audio fra di loro. I segnali aggiuntivi che vengono a crearsi con questa tecnica sono dati da# Frequenza della portante + frequenza della modulante Frequenza della portante – frequenza della modulante
Ad esempio con una A! "ortante# 1$$$ %z! odulante# 2$$ %z! il risultato sar&# "' 8$$
" 1$$$
"+ 12$$
"c:ema de00a ?odu0azione d
(
"c:ema de00a ?odu0azione ad ane00o
?odu0azione di Frequenza %F?'
La modulazione di Arequenza 7 invece l5alterazione della frequenza di un oscillatore (portante) provocata da un altro oscillatore (modulante con frequenza superiore ai Hz). Pentre nella modulazione d5ampiezza avevamo un sola coppia di "ande laterali (rispetto alla portante), nella AP a""iamo una serie teoricamente infinita di coppie di "ande laterali. Le nuove frequenze che si vengono a generare saranno date dalla somma e differenza del segnale portante con il segnale modulante (moltiplicato per il numero d5ordine delle nuove parziali). 9sempio# Kortante F Hz Podulante F Hz Il risultato sar2# :uono portante di Hz 1 le seguenti "ande laterali# ((7 )" – 1* ((4 )" – 2* ((1 )" – 3* (88 )" – 4* (85 )" – 5*
1$$3 )" + 1* 1$$6 )" + 2* 1$$( )" + 3* 1$12 )" + 4* 1$15 )" + 5*
L5ampiezza delle parziali aggiuntive dipende dall5indice di modulazione (cio7 Amp.?od # Freq.?od) ed 7 data dalla funzione di ?essel di I specie. . 2
In caso di una frequenza inferiore ai Hz si produrr2 il fenomeno del %vi"rato&. 1$
"c:ema de00a ?odu0azione di Frequenza
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EQUALI@@ATO$I
n equalizzatore 7 un circuito in grado di amplificare o attenuare una certa "anda di frequenze e di lasciarne altre inalterate# agisce dunque sul tim"ro del suono effettuando delle correzioni sull5ampiezza delle frequenze. 8li equalizzatori possono essere ttivi o Kassivi# •
•
Attivi #
mplificano o attenuano la frequenza selezionata. :e desideriamo sentire maggiormente la frequenza ad esempio dei +Hz aumenteremo sull5equalizzatore il valore corrispondente. L'equalizzatore attivo non far2 altro che alzare il volume intorno ai +Hz rispetto al "ilanciamento generale. 8li equalizzatori attivi utilizzano componenti elettronici attivi e dunque consentono un reale aumento del guadagno. Passivi #
:ono dei filtri che limitano il passaggio della frequenza sulla quale sono impostati. Buesti, a differenza di quelli attivi, non amplificano nulla, il loro compito 7 quello di opporsi al passaggio di determinate frequenze# quando il guadagno viene posto al massimo, il segnale non viene alterato mentre viene attenuato quando il guadagno 7 a""assato (tramite un potenziometro o un cursore).
Tipi di equalizzatore# •
Equa0izzatore a campana
Buesto tipo di equalizzatore 7 dotato di controlli# 1 - Guadagno (attenuazione;amplificazione cut;"oost)
gisce sull'ampiezza A della campana che pu* essere sia positiva (amplificazione) che negativa (attenuazione). L'amplificazione massima 7 un parametro che dipende dalla qualit2 del circuito# arrivare a +d? di guadagno senza introdurre distorsioni implica l'uso di tecnologie sofisticate. 8eneralmente troviamo questo tipo di 9B sui canali del miRer. Ki= il miRer 7 di fascia professionale, pi= i suoi peaJ 9B consentono guadagni elevati senza introdurre distorsioni. $ei miRer di fascia media generalmente i guadagni sono dell'ordine di d?.
2 - Frequenza di taglio (frequenza centrale center frequenc)
6 la frequenza alla quale si ha il guadagno massimo (o minimo) sulla campana. 8eneralmente un potenziometro ne consente la variazione permettendo di centrare la 12
campana esattamente nella zona di frequenze che vogliamo manipolare. 3 - Fattore di merito Q (B factor)
6 un parametro che misura l'ampiezza (in larghezza) della campana cio7 l'ampiezza della "anda di frequenze che vengono amplificate o attenuate.
•
Equa0izzatore a caffa0e %":e01in EQ'
Buesto tipo di equalizzatore viene utilizzato per avere un controllo sugli estremi dello spettro delle frequenze udi"ili (dunque per le frequenze "asse, loSshelf e le frequenze alte, highshelf). 95 praticamente l5unione di un filtro passa"asso con uno passaalto.
•
Equa0izzatori parametrici
:i distinguono in# 1 - Completamente parametrici # 7 possi"ile modificare tutte e tre le grandezze che
caratterizzano la campana di equalizzazione# frequenza centrale (f c), guadagno (), fattore di merito (B). I miRer professionali hanno su ogni canale un equalizzatore parametrico a E "ande# "assi, medio "assi, medio alti, alti. 2 - Semi parametrici # il fattore di merito B non 7 varia"ile, cio7 la forma della campana 7 fissa. 3 - i picco# sono fissi i valori di f c e B ed 7 possi"ile intervenire solo sul guadagno (sono i pi= economici e vengono installati su miRer di fascia "assa). :ezione di equalizzazione di un miRer professionale#
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•
Equa0izzatore rafico
6 composto da una serie di singoli equalizzatori a campana. La larghezza della campana varia a seconda del contesto operativo per il quale l'equalizzatore viene disegnato. L'equalizzatore grafico 7 quello pi= comune, presente in molti apparecchi audio, con un certo numero di "ande prefissate di frequenza e relativi controlli che ne regolano l'enfatizzazione ed il taglio. Le "ande di frequenza regola"ili possono essere o nei modelli minimi ("assi, indicativamente sotto i Hz medi, sotto i GHz alti, sopra i GHz) oppure anche diverse decine (modelli a "ande etc.), con una regolazione precisa e mirata su una vasta gamma di frequenze. La posizione dei controlli disegna una curva caratteristica a seconda del tipo di intervento sull'audio e naturalmente pi= "ande si utilizzeranno, pi= sar2 preciso il disegno della curva.
FILT$I
I filtri vengono utilizzati per attenuare o eliminare delle "ande di frequenza dal segnale originario. •
Fi0tri >aa9&ao e >aa9A0to
Come gi2 accennato, il filtro passa"asso permette il passaggio delle sole frequenze minori della frequenza di taglio, mentre il filtro passaalto permette il passaggio solo di quelle maggiori#
Tipiche utilizzazioni di filtri passaalto sono l'eliminazione di vi"razioni a "assa frequenza come quelle generate da musicisti che camminano su un palco su cui sono poggiati i microfoni o come il rumore di fondo generato da un condizionatore d'aria o da altre apparecchiature elettriche. Ailtri passa"asso vengono invece usati per esempio per eliminare fruscii o rumori ad alta frequenza. •
Fi0tro >aa9&anda e Fi0tro a reiezione di !anda
Il Fi0tro >aa9&anda consente il passaggio di una certa "anda di frequenze e impedisce il passaggio del resto del segnale, mentre il fi0tro a reiezione di !anda 7 il suo contrario, cio7 impedisce il passaggio di una certa "anda e consente il passaggio del resto delle frequenze del segnale. Kendenza del filtro# La pendenza di un filtro sta"ilisce quanto rapidamente l'ampiezza decada. ""iamo visto in precedenza come in varie situazioni si renda necessaria una pendenza quasi verticale# nella realt2 dei filtri ci* non 7 realizza"ile ma ci si pu* solo avvicinare a tale risultato. 14
EFFETTI
$i1er!ero
Il river"ero 7 il suono che permane in un am"iente quando il segnale diretto si 7 esaurito. $e a""iamo gi2 parlato in %Aisica del suono& descrivendo il fenomeno della $if0eione, ma comunque per immaginarlo facciamo un altro esempio# un "attito delle mani in una cattedrale. !opo aver percosso le mani il suono river"era per diversi secondi estinguendosi lentamente. Buesto river"ero deriva dalle riflessioni del suono originario sulle superfici che incontra. $el fenomeno della riflessione, una parte dell'energia associata all'onda sonora viene assor"ita e un'altra parte viene riflessa e dunque ad ogni riflessione l'onda sonora perde una parte di energia fino a che questa non si estingue.
La figura precedente mostra l'ampiezza delle varie riflessioni e gli istanti di tempo in cui si verificano. Il primo suono che raggiunge l'ascoltatore 7 sempre il segnale diretto ( Direct "ina0) dopo una "reve pausa denominata ritardo iniziale (pre9de0a3) arrivano le prime riflessioni (ear03 ref0ection) che sono quelle che hanno incontrato una sola superficie prima di arrivare all'ascoltatore. Infine arrivano le ultime riflessioni (late reflections) che sono quelle che hanno incontrato pi= di una superficie# queste arrivano sovrapponendosi le une con le altre generando un suono mediamente continuo. Le ultime riflessioni, per il loro carattere ravvicinato nel tempo, prendono anche il nome di grappolo di river"erazione, in inglese $C8 re1er! c0uter. Le unit2 di river"ero dell'ultima generazione praticamente sono tutte digitali e impiegano algoritmi di simulazione molto sofisticati, la cui relizzazione 7 resa possi"ile grazie al continuo aumento della potenza di calcolo disponi"ile. !i seguito viene riportata una lista dei controlli fondamentali# • • • • •
•
•
Pre ela! # Consente di modificare il tempo del Kre !ela. "arl! #eflections# !urata delle prime riflessioni. eca! # !urata del decadimento delle ultime riflessioni. $i% # La percentuale tra segnale asciutto e river"erato. #oom Size# spesso i valori sono riferiti alle formedimensioni
degli am"ienti (hall, room,
cham"er, cathedral, ecc.). &F #atio# le alte frequenze sono le prime ad essere attenuate durante le riflessioni. Buesto controllo permette di simulare le capacit2 di assor"imento delle superfici. Stereo 'idt(# allarga o restringe l'immagine stereo del river"ero.
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De0a3
ggiunge repliche del segnale distanziate nel tempo generando un %effetto eco&. Inizialmente veniva prodotto utilizzando un registratore analogico sfruttando la distanza tra due testina di lettura. La tecnica digitale ha semplificato molto la realizzazione di questo effetto consentendo inoltre di introdurre innovazioni interessanti come il ping pong dela (le repliche sono alternate sui canali destro e sinistro) ed il multitap (le repliche si susseguono con tempi diversi creando effetti di dissolvenza). >:aer
Buesto effetto com"ina il segnale originario e una sua versione ritardata in cui il ritardo viene modulato# ci* significa che varia continuamente e l'andamento della variazione 7 definito da una funzione generalmente sinusoidale generata da un LAQ (LoS Arequenc Qscillator).
@ediamo che il segnale in ingresso viene diviso in due parti# la prima raggiunge l'uscita senza essere manipolata mentre la seconda viene fatta passare attraverso un dela e poi rimiscelata al segnale di ingresso. Il tempo di dela 7 controllato come gi2 detto da un circuito LAQ ( Lo Frequenc3 Oci00ator Qscillatore a "assa frequenza). Tali oscillatori vengono di solito impiegati per controllare i parametri di altri effetti come nel presente caso in cui il LAQ modula il tempo di ritardo tra i due segnali. Kossiamo notare che una parte del segnale destinato all'uscita viene prelevata e rispedita in ingresso (feed"acJ). Buesto artificio viene impiegato in tanti altri tipi di effetti e ha il risultato di amplificare ulteriormente l'effetto applicato. I controlli tipici di cui viene dotato un effetto phaser sono i seguenti# • • •
#ate#
la velocit2 di variazione del tempo di dela (7 la frequenza del modulatore LAQ). $i% # miscela il segnale originario e quello manipolato. Feedbac) # controlla la quantit2 di ritorno del segnale (in pratica il phasing applicato).
F0aner
9stende l'effetto phasing aggiungendo anche un pitch shifter, ossia un circuito in grado di modificare la frequenza (altezza) del segnale.
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C:oru
Kresenta un'ulteriore estensione rispetto al Khaser e al Alanger aggiungendo un modulo che introduce variazioni di ampiezza sul segnale manipolato#
L5effetto che ne deriva 7 quello di avere pi= voci che %cantano& lo stesso segnale. >itc: ":ifter
Buesto effetto 7 in grado modificare la frequenza (altezza) del segnale in ingresso. Tremo0o
pplica sul segnale di ingresso delle modulazioni di ampiezza. La frequenza del LAQ controlla la rapidit2 della modulazione dell'ampiezza del segnale audio (deve essere sotto i Hz, altrimenti viene percepito come P# vedi prima %Podulazione di mpiezza&). 5i!rato
pplica sul segnale di ingresso delle modulazioni di frequenza. In questo caso un LAQ modula la frequenza del segnale (deve essere sotto i Hz# vedi prima %Podulazione di Arequenza&). Ditorore
La nascita del
l'amplificatore ha raggiunto il suo massimo e non 7 in grado di amplificare ulteriormente la forma d'onda. Ci* si traduce in un'uscita costante pari al massimo consentito per l'amplificazione per tutto il tempo che il segnale di ingresso rimane al di sopra della soglia. Buando il segnale di ingresso ridiscende al di sotto della soglia l'amplificatore ricomincia a funzionare correttamente. 9sempio#
!unque in uscita a""iamo un segnale 'saturato'# la saturazione introduce una "rusca variazione del segnale che non segue pi= il suo andamento sinusoidale naturale e questo significa che il nuovo segnale contiene nuove frequenze pi= alte di quella originaria (distorsione).
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>$OCE""O$I DI "EG2ALE
Compreore
Il compressore agisce sulla dinamica del segnale di ingresso riducendone l'ampiezza quando questa supera una certa soglia la riduzione viene espressa con un rapporto, per esempio #. Ci* significa che quando il segnale supera la soglia, la parte di segnale al di sopra di questa viene ridotta di ;#
$ella figura precedente a""iamo sulla sinistra il segnale che si presenta all'ingresso del compressore. :ulla sinistra vediamo le ampiezze di riferimento misurate in d? e possiamo notare che il segnale ha una dinamica di + d?. La figura mostra anche la soglia scelta per l'azione del compressore# d?. $ella figura di destra vediamo il risultato di una compressione #. La parte di segnale al di sotto della soglia 7 rimasta invariata mentre la parte superiore 7 stata ridotta a ; e dunque la parte di dinamica superiore alla soglia che era di d? si 7 ridotta a d?. La dinamica complessiva passa cosD da + d? a d?. Controlli del compressore# •
•
*(res(old +Soglia,#
Buesto valore 7 espresso in d? e determina la soglia oltre la quale il compressore entra in azione. #atio +#apporto,# Buantifica la riduzione di ampiezza del segnale al di sopra della soglia. lcuni rapporti tipici sono# # ssenza di compressione, il segnale di uscita 7 lo stesso del segnale di ingresso. # Il segnale al di sopra della soglia viene dimezzato. :e il segnale supera la soglia di d? il suo valore verr2 ridotto a + d? sopra la soglia. ltri valori sono #, E# ecc. Ker valori superiori a # il compressore si comporta praticamente come un limitatore (vedi pi= avanti). Attac) time +*empo di attacco,# Indica il tempo impiegato dal compressore per entrare in azione dopo che il segnale ha superato la soglia e viene indicato in millisecondi. Lasciare un tempo di attacco lungo significa che il segnale che ha superato la soglia, finch7 non 7 passato il tempo di attacco, non viene compresso. 9saurito il tempo di attacco, il compressore riduce l'ampiezza del segnale# questo ha la conseguenza di evidenziare la parte iniziale dei suoni. #elease time +*empo di rilascio, # 7 il tempo che impiega il compressore per ritornare all'assenza di compressione ossia a un rapporto # dopo che il segnale di ingresso 7 o
o
o
•
•
1(
sceso al di sotto della soglia. :erve a conferire un'azione pi= dolce all'azione del compressore.
$ella figura seguente viene mostrata la curva di compressione di un compressore per diversi valori del rapporto di compressione (
La figura mostra l'ampiezza del segnale di uscita in funzione di quello di ingresso. :i vede che fino al valore di soglia l'ampiezza del segnale di uscita 7 la stessa di quella del segnale di ingresso. Qltre interviene la compressione secondo il rapporto impostato.
tilizzi del compressore Il compressore viene utilizzato in molti modi diversi.
Compressione dellintero mi% #
pplicando una compressione stereo ad un intero miR possiamo ottenere un suono pi= omogeneo in quanto le "rusche variazioni di volume vengono livellate e tutti i suoni vanno a far parte di un corpo unico. La compressione di un intero miR ci permette anche di limitarne la dinamica e questo viene fatto sia perchM il genere musicale in questione lo richiede (per esempio la musica dance non richiede pi= di d? di dinamica), sia per motivi tecnici (per esempio, la trasmissione della musica via radio consente una dinamica al massimo di +; d? dunque viene effettuata una pesante compressione prima della diffusione).
•
$odifica dellinviluppo di un segnale#
In questo caso viene utilizzato per modificare il suono di un singolo strumento. La scelta dei parametri dipende interamente dal tipo di segnale in ingresso e dal risultato che si vuole ottenere.
De9eer
Il termine deessing indica l'operazione di eliminazione di quel fastidioso fruscio che si ha in certe registrazioni vocali in corrispondenza delle lettere con maggiore contenuto di alte frequenze come la 's'. Il fruscio dipende dal fatto che il segnale in quel momento satura alla frequenza della lettera 's' generando una distorsione. Ker realizzare il deessing si ricorre all'uso di un compressore a""inato ad un equalizzatore# il
2$
segnale originario viene fatto passare in un equalizzatore in cui le 's' vengono evidenziate ancora di pi= mentre tutte le altre frequenze vengono attenuate al massimo.
Il segnale che esce dall'equalizzatore ha un'ampiezza rilevante solo in presenza delle 's'. Buesto segnale viene spedito nell'ingresso del compressore con l'effetto di metterlo in azione solo in corrispondenza delle 's'. !unque ogni volta che la 's' si presenta, il segnale uscito dall'equalizzatore supera la soglia fissata sul compressore che dunque entra in azione a""assando il volume della voce ed evitando la saturazione. Ainita la 's' il volume della voce torna quello originario.
Limiter
Buando in un compressore il rapporto di compressione viene portato ad un valore superiore a #, questo assume il comportamento di un 0imiter#
Con riferimento alla figura precedente, il segnale che ha superato il valore di soglia viene riportato al valore di soglia stesso. Ci* significa che il segnale non supera mai la soglia. $onostante questa soluzione introduca forti distorsioni, in quanto ha un comportamento equivalente alla saturazione, viene a volte impiegata per proteggere le apparecchiature da picchi inaspettati che potre""ero danneggiarli.
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Gate
:i tratta di un circuito in grado di far passare il segnale di ingresso verso l'uscita solo se l'ampiezza di questo 7 maggiore di una prefissata soglia. Controlli# •
•
•
*(res(old +Soglia,#
l di sopra della soglia il segnale passa e arriva all'uscita. l di sotto della soglia il segnale viene fermato (o meglio attenuato). Attac) time +*empo di attacco,# Tempo di apertura del gate quando il segnale supera la soglia. &old time +*empo di tenuta,# Il tempo per il quale il gate viene tenuto aperto anche quando il segnale 7 ridisceso al di sotto della soglia.
9s. Pulizia dei suoni di una batteria# Immaginiamo i segnali provenienti dal microfonaggio di una "atteria. Qgni microfono fornir2 il suono dell'elemento verso cui 7 puntato ma risentir2 anche del rumore che tutti gli altri elementi producono (leaJing). Ker evitare ci* ogni segnale viene fatto passare attraverso un gate che ne impedisce il passaggio quando l'elemento in questione non viene percosso. $aturalmente, nel momento della percussione, il segnale passa e permette il passaggio anche a tutti i suoni di sottofondo# tuttavia poich7 il suono dell'elemento 7 predominante, tender2 a coprire il sottofondo. EBpander
95 praticamente il processo contrario del compressore. l di sotto della soglia il segnale viene amplificato secondo il valore del rapporto di espansione sopra la soglia il segnale di ingresso si presenta invariato all5uscita.
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?IC$OFO2I
I microfoni sono dei trasduttori in grado di trasformare energia acustica (meccanica) in energia elettrica# in particolare le variazioni della pressione atmosferica vengono convertite in variazioni di tensione e dunque in corrente. In "ase alla tipologia costruttiva utilizzata possiamo distinguere tipi di microfono# /. ?icrofono e0ettrodinamico
n avvolgimento fatto di un materiale conduttore 7 fissato sul diaframma che viene investito dall'onda sonora e che vi"ra in conseguenza di questa. L'avvolgimento si trova all'interno di un campo magnetico generato da un apposito magnete posto al suo interno# quando il diaframma vi"ra, fa muovere con s7 anche l'avvolgimento che rompe le linee del campo magnetico e dunque nell'avvolgimento viene indotta una corrente. In questo modo il segnale elettrico generato ha lo stesso andamento dell'onda acustica che ha investito il diaframma.
Caratteristiche principali dei microfoni elettrodinamici# •
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:ono molto resistenti e per questo vengono comunemente impiegati in situazioni live (senza rischiare dunque di essere danneggiati). :ono generalmente adatti per la riproduzione della voce e delle chitarre. 6 in grado di sopportate pressioni sonore anche molto elevate.
. ?icrofono a natro
In questo caso si usa un diaframma composto da un nastro di alluminio molto sottile che viene sospeso all5interno di un campo magnetico molto forte. Buando viene messo in vi"razione a causa dell5onda sonora, induce una corrente di intensit2 ed ampiezza proporzionale all5onda sonora stessa, riproducendo lo stesso fenomeno presente nei microfoni elettrodinamici. Caratteristiche principali dei microfoni a nastro# •
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Il diaframma molto sottile permette un5eccellente risposta alle alte frequenze anche se lo rende estremamente delicato e inadatto ad elevate pressioni sonore. @iene impiegato nella registrazione di voci delicate e di chitarre acustiche.
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. ?icrofono a condenatore
Buesto tipo di microfono si "asa su un principio elettrostatico piuttosto che elettromagnetico, come succede invece nel caso dei microfoni dinamici. La testa o capsula del microfono a condensatore consiste di due lamine molto sottili, una fissa ed una mo"ile, dette armature o piastre. Bueste due lamine formano un capacitore (ossia un condensatore, da cui il nome), che 7 un dispositivo elettrico in grado di immagazzinare una carica elettrica. La piastra mo"ile 7 il diaframma del microfono e vi"ra in accordo con l'onda acustica da cui viene investito# la vi"razione della piastra produce una variazione della distanza tra le due piastre variando cosD il valore della capacit2. Buesto implica una variazione della tensione ai capi delle piastre con un conseguente passaggio di corrente. Il diaframma viene realizzato in mlar (un tipo di plastica) rivestito di uno strato d'oro (che 7 un eccellente conduttore). :i rende necessaria l'applicazione di un voltaggio per polarizzare inizialmente il condensatore. Buesto prende il nome di 6p:antom poer7 e viene fornito generalmente dal miRer al quale il microfono viene collegato# in particolare ogni canale di un miRer possiede un "ottone dedicato alla phantom poSer che applica sul canale una tensione continua di 45. La tensione phantom ha il duplice scopo di polarizzare il condensatore all'interno del microfono e di amplificare la corrente proveniente dallo stesso. I microfoni a condensatore sono molto pi= accurati dei microfoni elettrodinamici in quanto il diaframma pu* essere realizzato con materiali molto leggeri e di dimensioni ridotte e dunque pu* risultare molto sensi"ile, anche alle frequenze pi= alte. Caratteristiche principali dei microfoni a condensatore# •
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!iaframma molto sottile che permette una "uona riproduzione anche delle frequenze pi= alte. :i pu* danneggiare se sottoposto a pressioni sonore molto elevate. Polto delicato e dunque poco adatto a situazioni live# viene generalmente impiegato negli studi di registrazione.
Diaramma po0are di un microfono
Ainora a""iamo visto i diversi metodi con cui l'onda sonora viene convertita in un segnale elettrico# adesso ci occuperemo dei diversi criteri di costruzione dei microfoni che possono essere impiegati per ottenere caratteristiche direzionali diverse. :ono infatti state messe a punto una serie di metodologie di costruzione che permettono di focalizzare la sensi"ilit2 di un microfono verso una o pi= direzioni specifiche e questo apre l'orizzonte a tutta una serie di tecniche di microfonaggio che richiedere""ero un intero li"ro per essere spiegate. L'andamento della sensi"ilit2 a seconda della direzione di provenienza del suono viene descritto da un grafico denominato diagramma polare. $ella figura seguente vengono riportati i diagrammi polari pi= comuni con la loro denominazione, il centro rappresenta il microfono con il suo diaframma mentre attorno a questo viene riportato il valore della sensi"ilit2 al variare della direzione. La direzione viene misurata in gradi# gradi 7 il punto esattamente di fronte al diaframma mentre 0 gradi indica la posizione opposta, cio7 dietro al microfono. Qgni corona concentrica, a partire dalla pi= esterna, indica una perdita di d? (per esempio, nella figura " diagramma cadioide si pu* notare una perdita di d? per suoni provenienti da una direzione con un angolo di E+ gradi rispetto alla direzione centrale)#
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!escrizione dei diagrammi polari# •
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Circolare#
il microfono 7 egualmente sensi"ile in tutte le direzioni dello spazio. n suono viene riprodotto con la stessa accuratezza da qualsiasi direzione provenga. Cardioide# il nome deriva dalla linea a forma di cuore del diagramma. In questo caso i suoni provenienti da dietro il microfono non vengono captati o meglio vengono drasticamente attenuati. Figura a 8# in questo caso il microfono 7 in grado di captare al meglio i suoni provenienti sia da dietro che da davanti ma risulta poco sensi"ile ai suoni provenienti dalle direzioni laterali. Super cardioide# come il diagramma cardioide ma con caratteristiche di direzionalit2 accentuate. Tuttavia per stringere il diagramma anteriore "isogna accettare l'insorgenza di un piccolo lo"o posteriore. Ci* implica un leggero aumento della sensi"ilit2 ai suoni provenienti da dietro al microfono. Iper cardioide# Come il super cardioide ma con caratteristiche di direzionalit2 ancora pi= accentuate. !a notare la presenza ancora maggiore del cardioide posteriore. Shotgun# prende il nome dal tipo di microfono a cui questo diagramma 7 associato e che verr2 descritto tra "reve.
C0aificazione dei microfoni in !ae a00e 0oro caratteritic:e direziona0i8 •
?icrofoni omnidireziona0i# Buesto tipo di microfono presenta un diagramma polare di
tipo circolare. •
?icrofoni unidireziona0i# Buesto tipo di microfono presenta un diagramma polare di tipo
cardioide. •
?icrofoni a radiente di preione # Il diagramma polare in questo caso 7 del tipo
%figura di 0&. Buesto diagramma viene realizzato con dei microfoni a nastro. In questo caso il microfono viene sollecitato dal suono proveniente dai lati mentre i suoni provenienti da 25
davanti (o da dietro) non vengono captati. Buesti microfoni sono utili per registrazioni stereo. •
?icrofoni a condenatore a doppio diaframma# Buesto tipo di microfoni 7 molto
versatile in quanto consente di modificare le caratteristiche di ogni diaframma e di ottenere, dalla com"inazione dei due, diagrammi polari con le caratteristiche ricercate. lla "ase a""iamo due diaframmi posti uno di fronte all'altro e un circuito in grado di pilotarli tramite appositi interruttori. •
?icrofoni >@?# Kressure one Picrophones ovvero Picrofoni a zona di pressione (detto
anche %a pannello&). na zona di pressione 7 uno spazio costruito con superfici altamente riflettenti# dunque in prossimit2 della zona di pressione il campo sonoro viene quasi raddoppiato essendo composto sia dall'onda incidente che dall'onda riflessa. I microfoni KP sono montati su apposite piastre orizzontali e vengono posizionati all'interno della zona di pressione. @engono utilizzati in genere per le riprese distanziate.
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?icrofono ":otun# Buesto microfono 7 costituito da un diaframma posto alla fine di un
tu"o su cui vengono applicate delle fessure.
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 tu"o, su"isce innumerevoli riflessioni che mediamente si annullano le une con le altre. I suoni provenienti dalla direzione di puntamento invece percorrono il tu"o senza ostacoli. Buesto microfono viene usato per puntare una precisa sorgente sonora nello spazio, anche a grande distanza. •
?icrofono >ara!o0ico# In questo caso la para"ola, costruita utilizzando materiali
altamente riflettenti, concentra in un unico punto il suono proveniente da una direzione con una conseguente amplificazione dello stesso#
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&i!0iorafia8 ' ' ' '
<. ?ianchini, . Cipriani, Il suono @irtuale, 9d. Contempo C. !odge, T.. Uerse, Computer Pusic, 9d. :chirmer Hu"er,
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