musica elettronica Slide Corso

1 Ing. Claudio Bonechi

Introduzione alla Musica elettronica Una panoramica dai primordi all’attualità

“musica elettronica”

Introduzione alla musica elettronica




Il termine “musica “musica elettronica” elettronica” significa letter letteralmente almente “musica realizzata con apparecchi elettronici” elettronici ”

Il termine più corretto corretto è «musica elettroacustica» elettroacustica» 

All'accezione tecnica si sovrappone quella formale formale:: la musica elettronica rappr rappresenta esenta anche un genere, o, ai giorni nostri, vari generi.



I primordi negli anni ‘20 del secolo scorso ma il vero inizio solo negli anni '50

Edgar Varèse, John Cage, Henri Pousseur, Pierre Schaeffer, Karlheinz Stockhausen, György Ligeti, Edgar Varèse, Iannis Xenakis e in Italia Luciano Berio, Bruno Maderna, Luigi Nono, Pietro Grossi, Enore Zaffiri, Teresa Rampazzi

“musica elettronica”





Il termine “musica “musica elettronica” elettronica” significa letter letteralmente almente “musica realizzata con apparecchi elettronici” elettronici ”

Il termine più corretto corretto è «musica elettroacustica» elettroacustica» 

All'accezione tecnica si sovrappone quella formale formale:: la musica elettronica rappr rappresenta esenta anche un genere, o, ai giorni nostri, vari generi.



I primordi negli anni ‘20 del secolo scorso ma il vero inizio solo negli anni '50

Edgar Varèse, John Cage, Henri Pousseur, Pierre Schaeffer, Karlheinz Stockhausen, György Ligeti, Edgar Varèse, Iannis Xenakis e in Italia Luciano Berio, Bruno Maderna, Luigi Nono, Pietro Grossi, Enore Zaffiri, Teresa Rampazzi

Intorno alla musica elettronica

Piccola storia -1 



Primi ‘900 : elettronica per le telecomunicazioni (radio telegrafo, radio broadcasting) Poi  il sonoro del cinema  l'amplificazione della voce 



Anni ‘50: ‘50:  



Hi- Fi, registratori a nastro magnetico Primi computer elettronici

Anni '60 : '60 : i primi “sintetizzatori”  

«antenati» basati su trattamenti del campo elettromagnetico: Thereminvox, Onde Martenot, Trautonium, organo Givelet-Coupleux, organo Hammond (elettrico, non elettronico), 



musica di consumo e Jazz (Deep purple, Keith Emerson, Procol Harum).

organi elettronici, con tastiera tradizionale,  

chiese gruppi pop e rock (come i Pink Floyd).

Intorno alla musica elettronica Introduzione alla musica elettronica

Piccola storia - 2 


anni '70 : sintetizzatori “tastiere”  



Ma: pop e rock usavano il sistema tonale  



emergenza di numerosi sottogeneri pop (punk, synth, techno, house, progressive, metal, etc.). La musica elettronica non era più solo quella “colta” ma era diventata 'popular'.

Iniziale severo giudizio sull'elettronica nel pop e rock Poi si è sviluppata la “contaminazione” tra generi e modi compositivi

La musica elettronica fu salutata con un certo entusiasmo dai musicisti 'istituzionali' perché consentiva di  

estendere facilmente il campo sonoro svincolandosi dalle note fisse trovare nuovi suoni.

Intorno alla musica elettronica Introduzione alla musica elettronica

Piccola storia - 3 

anni '80    



anni '90 



espansione dell'informatica e delle telecomunicazioni spinte dal mercato conseguente sviluppo della tecnologia elettronica su scala mondiale costi fortemente ridotti Primi hardware e software musicali

disponibilità di hardware e software musicali sempre maggiore

ai giorni nostri 

la produzione musicale e la pratica musicale elettronica e/o su strumenti elettronici potrebbero davvero essere alla portata di tutti.


Primi interventi intorno ai suoni

Generazione ed elaborazione del suono



 distinguere tra

Generazione del suono  Elaborazione del suono 

“elaborazione” = tutto ciò che viene fatto con i suoni, prima e dopo averli generati.

Primi interventi intorno ai suoni

Suoni prima della musica elettronica



Generazione dei suoni 

Nella musica tradizionale, non elettronica, avviene con:  



strumenti tradizionali canto.

pratica dell'esecuzione, che consiste in una loro aggregazione secondo percorsi predefiniti (composizione) o improvvisati.

Elaborazioni dei suoni 

tradizionali  

composizione (atto mentale) scrittura su partitura (rappresentazione per simboli grafici) 



partitura = serie di istruzioni scritte che assomigliano a un programma di computer.

ulteriori (meccanici ed elettronici):  

memorizzazione di un'esecuzione ( “registrazione”) amplificazione   

dei suoni dal vivo dei suoni registrati ( “riproduzione”) Altre elaborazioni (vedi oltre)

Primi interventi intorno ai suoni Introduzione alla musica elettronica

Prime forme di registrazione sonora Memorizzazione di comandi: automi, organi meccanici (secoli passati) 



Un rullo memorizza comandi verso produttori di suono


Memorizzazione di onde sonore Fonografo di Edison (1878) 

Un rullo memorizza onde grafiche della stessa forma delle onde sonore

Dai 78 giri/min negli anni '50 la velocità passò a 45 e 33 e 1/3 giri/min e il disco diventò di vinile. Ebbe inizio il mercato discografico.

Premesse fisiche

Natura del suono



Suono = risultato di variazioni in più e in meno della pressione atmosferica, comprese tra circa 20 e 20.000 oscillazioni al secondo, o “Hertz”.

1.

Le oscillazioni di pressione si formano trasferendo energia meccanica (quasi sempre) a un corpo elastico vibrante (es: pizzicare una corda)

2.

Il corpo elastico vibrando induce la propagazione di parte di quell'energia nell'aria circostante attraverso onde di pressione

3.

Quando queste onde raggiungono il nostro orecchio, danno luogo alla sensazione uditiva che, grazie all'intervento massiccio e automatico di alcune aree cerebrali, è immediatamente elaborata nella percezione di ciò

Premesse fisiche

Propagazione del suono



L’energia sonora si propaga per onde sferiche  Man mano che ci si allontana dalla sorgente l’energia si distribuisce su una superficie sempre più grande  L’intensità è l’energia che in 1 secondo attraversa la superficie di 1 m 2  Quindi l’intensità sonora diminuisce al crescere della distanza, con legge quadratica: se la distanza raddoppia, l’intensità si riduce a ¼ e così via 

Premesse fisiche Introduzione alla musica elettronica

Distinzione tra “suono” e “rumore” 


suono = oscillazioni regolari

in esse è possibile individuare una pressione “frequenza fondamentale”  rappresentata percettivamente come “altezza” del suono (maggiore frequenza fondamentale = maggiore altezza); note musicali 



rumore = oscillazioni irregolari; 



poiché manca una frequenza “fondamentale”, nel rumore non è possibile individuare chiaramente un'altezza. A volte si può individuarne una vagamente

la distinzione tra suono e rumore non è così netta!!!

tempo

Premesse fisiche

Trasduzione energetica





Progressi sostanziali nell'ambito dei trattamenti del suono con l’energia elettromagnetica, detta anche solo «energia elettrica»



Ma come si fa a utilizzare l’energia elettrica per il suono?

Lo si fa con la trasduzione = passaggio da una forma di energia a un’altra  E’ un fondamento della musica elettronica (e non solo) 

 Trasduzione

meccanica:

 da

onde acustiche (che variano nel tempo)  a onde “grafiche” (che variano nello spazio). Fonografo di Edison (1878)  Trasduzione elettromeccanica:  microfono (in inglese microphone)  Altoparlante (in inglese loudspeaker )  Tasto telegrafico


Dall’energia meccanica all’energia elettrica (elettromagnetica)

13

Ing. Claudio Bonechi

Elettricità e magnetismo sono intimamente legati: elettromagnetismo Ricordiamo  Energia = Forza x Spostamento (misura in Joule) 





Potenza = Forza x Spostamento / tempo (misura in Watt) 

Energia meccanica  massa



Energia elettrica  carica (elettroni)

L'energia elettrica viene descritta da 

tensione (energia /carica) Volt (V)



corrente (carica / tempo)

misura in

Ampere (A) 

Potenza = tensione x corrente Watt (W = V*A)



La corrente è movimento di elettroni

misura in



Trasduzione elettromeccanica  

Catena acustico-elettrico-acustico : Telefono I primi telefoni funzionavano su distanze dell’ordine di qualche km: telefoni solo in città

SUONO Energia acustica (meccanica)

MICROFONO E. Acustica  elettrica

Trattamenti elettromeccanici

AURICOLARE E. elettrica  acustica

SUONO Energia acustica (meccanica)

I segnali elettrici e l’elettronica

Nascita dell’elettronica: Amplificazione elettronica  Telefono:

Il microfono da solo genera una potenza piuttosto bassa.  Di conseguenza le distanze raggiungibili erano assai limitate e spesso bisognava urlare per farsi sentire.  Con l’invenzione delle valvole termoioniche (elettroniche) fu possibile amplificare i segnali telefonici che provenivano dal microfono  L’amplificazione elettronica è simile al cinema  Ciò costituì uno stimolo notevole al progresso delle comunicazioni elettriche




Nascita e sviluppo dell'Elettronica



La corrente passa solo tra catodo e anodo  Triodo La tensione tra griglia e catodo è amplificata in quella tra anodo e catodo  Diodo


Nascita e sviluppo dell'Elettronica



 Negli anni ‘60 le

valvole sono state soppiantate dai transistor , oggetti non più sotto vuoto e quindi assai meno bisognosi di spazio.  Rispetto alla valvola, il transistor «consuma di meno»  Con i transistor, miniaturizzati, si sono costruiti i circuiti integrati o “chip”, con densità che ormai supera vari milioni di transistor per millimetro quadrato e pare sempre in crescita.

Transistor

Circuito integrato (chip)

I segnali elettrici e l’elettronica Introduzione alla musica elettronica

Amplificazione 

Transistor



Segnali elettromagnetici (o ‘’elettrici’’)



Per comunicare con elettricità si usano i segnali elettrici  segnale elettrico = porzione di energia elettrica variabile nel tempo/spazio  Una tensione variabile può viaggiare nello spazio, raggiungere un destinatario e “segnalare” qualcosa con la sua presenza o assenza



esempio classico = tensione che varia nel tempo con legge sinusoidale


Segnali elettrici



 Si propagano per onde (non solo sinusoidali):  nello spazio (libero, 

confinato)

“radio”, come se le onde elettromagnetiche fossero simili (e in effetti sono della stessa natura) alla luce, che a volte si manifesta con “raggi”.

 sui

cavi (metallici, fibra ottica)

 Mediante la trasduzione, la voce e il suono

possono viaggiare lontano


Caratteristiche dei segnali PERIODICI (elettrici e 21 acustici) Ing. Claudio Bonechi = lo spazio  T = il tempo 

che impiega un'onda a compiere un'oscillazione completa

velocità di propag. = lunghezza d'onda / periodo  c = / T f = 1/T c = f

T





Suono c = 340 m/s (circa)



Le frequenze udibili vanno da 20 a 20.000 Hz; c / f ad es. a 340 Hz è 1 metro



Potenza = (Ampiezza)2

media

Time T


Rappresentazione dei segnali: tempo e spazio 


due modalità di rappresentazione dei segnali:  




“nel dominio del tempo” “nel dominio dello spazio”.

nel dominio del tempo: T

Time T 

nel dominio dello spazio:

Time


Armonici : modi di vibrazione


Fondamentale

1a ottava sopra

1a ottava + quinta

2a ottava

2a ottava + terza maggiore


Rappresentazione nel dominio della frequenza con gli armonici  Nell’800 il

matematico Fourier dimostrò che un’onda periodica può essere scomposta in una somma di sinusoidi, ognuna delle quali è detta “modo” o “armonico“.  Ogni armonico ha un’ampiezza tipica di quella oscillazione  Questa teoria è applicabile ai segnali, in quanto onde




Rappresentazione nel dominio della frequenza Spettro di frequenza ‘’a righe’’

  



La successione degli armonici è rappresentata matematicamente dalla ‘’Serie di Fourier’’, che è composta da infiniti termini Ogni termine rappresenta anche una porzione di energia a quella frequenza In pratica, dopo una certa frequenza l’energia è trascurabile


Esempio: Scomposizione Onda quadra



Segnali non periodici: spettro continuo



Se il segnale non è periodico, è come se il periodo avesse una durata tendenzialmente infinita  Di conseguenza la frequenza fondamentale (che è la frequenza con cui il periodo si ripete) tende a zero  Anche gli armonici diventano vicinissimi  Quindi le righe degli armonici sono così vicine che lo spettro diventa continuo 



forma d’onda relativa ad alcune parole pronunciate, a destra il relativo spettro


28

Nel dominio della frequenza: Larghezza di banda  


Sia lo spettro a righe che quello continuo sono caratterizzati dalla BANDA di frequenza Banda di frequenza (Bandwidth) = differenza tra la massima e la minima frequenza in cui l’energia è significativa

c

c

Bandwidth

Bandwidth


Semplice emulatore di ‘’registrazione’’ e modifica: Audacity

29


 Audacity

è un programma freeware scaricabile gratuitamente  Con esso si può: Importare e ascoltare un file audio  Registrare da microfono, o da fonte esterna su più tracce  Modificare le tracce in vari modi (editing)  Salvare in MP3 o altri formati audio file  NON si può comporre musica elettronica 

Esempio: creare mp3 di vecchi dischi o cassette

Intensità e potenza Introduzione alla musica elettronica

Il Decibel


W/m 2



Intensità = Potenza attraverso una superficie



Sensibilità all'intensità del suono



decibel (dB) = unità di misura “relativa”  sommare e sottrarre intensità



“amplificare un segnale” = moltiplicarlo per un fattore costante; invece usando il dB:

 

1:1.000.000.000.000



+1 dB

x 1,25

l'intensità aumenta di ¼ (25%)



+2 dB

x 1,6

l'intensità aumenta di quasi 2/3 (60%)



+3 dB

x2

l'intensità raddoppia (100%)



- 3 dB

:2

l'intensità si dimezza



+10 dB

x 10

l'intensità decuplica



+20 dB

x 100

l'intensità centuplica

Se a un'intensità di 3 W/m 2 aggiungo 20 dB ottengo 300 W/m 2 ossia un’intensità 100 volte maggiore Se adesso tolgo 9 dB ottengo 300/8 = 37,5 W/m 2 (infatti 9 dB = 3 volte 3 dB quindi divido per 3 volte per 2, ossia per 2x2x2 = 8).

Intensità e potenza

Il decibel – percezione acustica



 

Per convenzione è stato fissato lo 0 dB acustico a 10-12 W/m2 ; moltiplicando per 10 ogni 10 dB, si arriva a 1 W/m2 , che vale 120 dB Curve “isofoniche” di Fletcher e Munson : intensità reale (W/m 2 ) che corrisponde alla stessa sensazione di intensità riferita a 1.000 Hz


Rumore e S/N




Il parametro importante è S/N  SNR = Signal to Noise Ratio

tempo



Il rumore viene classificato in base al contenuto di frequenza:  

Bianco  spettro costante Rosa  spettro come 1/f (3 dB/ottava o 10 dB/decade)

frequenza

La tecnologia elettronica

La tecnologia elettronica -1



Si sviluppò all'inizio intorno alle comunicazioni telefoniche



Amplificatore







Il triodo e altre valvole da esso derivate consentirono, di costruire percorsi (circuiti) di corrente per far funzionare gli altoparlanti.



Amplificare = moltiplicare l’ampiezza per una costante (detta guadagno)

Oscillatore 

Generatore di tensione oscillante:



suoni: onde a frequenze udibili, amplificate e inviate a un altoparlante. Questa è la base della musica elettronica

Registratore 

Apparecchio che memorizza il segnale informativo su un supporto (elettromagnetico o ottico).



Ai nostri giorni la parte meccanica in movimento non è più sempre necessaria (es. ipod)



La tecnologia elettronica

La tecnologia elettronica -2





Filtro  



agisce sulla frequenza “passa banda”, “elimina banda”, “passa basso” e “passa alto”. frequenze di taglio e attenuazione in “dB per ottava»

Modulatore  



Portante e modulante Traslazione dello spettro del segnale modulante

Mixer  

Non “mescolatore” ma sommatore di segnali Somma «pesata»


Larghezza di Banda


 Banda

del segnale  Banda del canale (filtro, amplificatore, etc. ) • Se la banda del canale è minore di quella del

segnale, il segnale subisce una ‘distorsione lineare’ • In questo caso, il canale si chiama ‘ filtro di frequenza’ o semplicemente filtro

La tecnologia elettronica Introduzione alla musica elettronica

36

Esempio di filtraggio

F2=10.000

Banda del segnale

Sorgente


Ft=1000

F1=1000

Banda del canale

filtro

F2=10.000

Banda risultante

uscita



FINE PRIMA PARTE

Cenni di storia della musica elettronica

Cenni di storia della musica elettronica 

L’elettronica “analogica” rimane prevalente fino agli anni '80



La tecnica fondamentale dei primi musicisti “elettronici”:  generare suoni tramite oscillatori





elaborarli con apparati quali modulatori e filtri



registrarli su nastro.



Le sorgenti sonore, oltre agli oscillatori : 



Suoni e rumori di ogni tipo, 

presi dal vivo con microfoni



registrati in precedenza ( Musique concrète di Pierre Schaeffer anni '50)

L'interesse per i rumori, non solo per i suoni, era iniziato con il cinema da quando il sonoro era divenuto routine e aveva soppiantato il cinema muto.


precursori in Italia: i Futuristi  l'”intona-rumori” 



del Russolo, un insieme di strumenti (1910):

strumenti classificati per famiglie (crepitatori, gorgogliatori, rombatori, ronzatori, scoppiatori, sibilatori, stropicciatori e ululatori), ciascuna delle quali comprendeva a sua volta vari registri (soprano, contralto, tenore e basso).


Prime generazioni ed elaborazioni


40


Primi anni '70: realizzazioni a transistor

Elaborazioni principali : filtraggi e modulazioni  Ogni volta nuova registrazione: veniva aggiunto inevitabilmente il rumore di fondo del nastro magnetico.  Manovrare un oscillatore tramite una tensione applicata dall'esterno (VCO = Voltage Controlled Oscillator). 

 

modulazione di frequenza modulazione di ampiezza

Filtraggio ed equalizzazione: attenuando o esaltando certe bande di frequenza si ottiene un certo cambiamento timbrico.  Equalizzatore = insieme di filtri passa banda 


Computer music e sintetizzatore







 

Nel 1958 nei laboratori Bell fu usato il computer per comporre musica che fu chiamata “computer music”: si cominciò allora anche a scrivere programmi per la generazione e l'aggregazione dei suoni, tra i quali Music V. Seguirono le università Columbia e Princeton, che dettero vita al primo sintetizzatore programmabile chiamato RCA Mark II Sound Synthesizer. Altri synth: Moog, Minimoog, Arp, Prophet, Yamaha DX7, VCS3, PPG, Kurzweil; Sinket costruito nel 1963 a Roma da Paolo Ketoff Il sintetizzatore è un insieme di blocchi funzionali che permettono la generazione di suono elettronico e alcuni suoi trattamenti:      

RCA Mark II Sound Synthesizer

Oscillatori sinusoidali e con altre forme d'onda, a frequenza udibile. Generatore di rumore bianco. Modulatori di ampiezza e di frequenza (amplificatori e oscillatori entrambi controllati in tensione: VCA e VCO). Filtri, talvolta ‘parametrici´, in cui una o più tensioni esterne potevano variare uno o più parametri, come frequenza di taglio e larghezza di banda. Generatori di inviluppo (oscillatori a bassissima frequenza). Vari generatori di effetti (riverbero, eco, chorus, delay, etc) Fonosynth


Sequencer e composizione musicale 

Sequencer = sistema che consente di programmare programmar e (e memorizzare) una serie di segnali che governano l'emissione di suono da uno o più generatori.



Tenori on by Yamaha



Esempio antico: rullo (carillon, organo, …)



Facile da realizzare con un computer



Primo strumento per comporre musica elettronica, in cui il compositore scrive qualcosa che corrisponde alle note musicali sulla partitura. Al posto delle note : comandi software Alcuni sintetizzatori integrano in sé uno o più sequencer. loop = sequenza di suoni che si ripete uguale a se stessa (es: base ritmica).

 



Il sequencer fu una scoperta anche per i gruppi pop e rock, che cominciarono ad usarlo estensivamente. -_____------_---


Altri trattamenti trattamenti



Compressione/espansione,,  Compressione/espansione  Gate,

Distorsione,,  Distorsione  Eco

e Riverbero, Vibrato,,  Vibrato  Pitch shifting, Chorus,,  Chorus  Flanging, Phasing,  Time stretching  Altri ….


Primi centri di ricerca in Europa



Olanda:: Utrecht  Olanda  Germania Germania:: Colonia, Darmstadt ; nella “Scuola “Scuola di

Darmstadt”, fiorita negli anni '50 grazie ai suoi corsi estivi studiarono e insegnarono Stockhausen, Adorno, Cage, Henze, Ligeti, Berio, Maderna, Nono, Messiaen, Xenakis, Varèse. Varèse. Svezia:: Stoccolma anni '60, “Elektronik Musik  Svezia Studio”” (Radio Svedese) Studio  Francia Francia 1977, 1977, a Parigi Parigi IRCAM (Institut de Recherche et Coordination Acoustique/Musique),

Utrecht

Stockhausen nello Studio di Darmstadt


Primi centri di ricerca in Europa : in Italia 

Pisa: 1969 presso il “CNUCE” (Centro Nazionale Universitario di Calcolo Elettronico) di Pisa guidato da Pietro Grossi: disponeva di un sintetizzatore digitale (Tau2-Taumus) a dodici voci interattivo, collegato ai grossi calcolatori del centro di calcolo.



Torino: nel Conservatorio c’era un gruppo guidato da Enore Zaffiri



Milano: Università, Studio di Fonologia della Rai, presso il quale lavorarono Luciano Berio, Bruno Maderna, Luigi Nono.



Padova: un altro centro Guidato da Teresa Rampazzi



Roma, SIM (Società per l'Informatica Musicale



Napoli: Istituto di Fisica Università.



Tau2-Taumus

Studio di fonologia di Milano


Procedimenti di memoria “nuovi“


piccole parti di musica che venivano montate su nastro magnetico, con taglia e incolla fisico del nastro  Il brano così composto veniva poi registrato su un altro nastro per costituire il “master”. 



Metodo sostanzialmente diverso da quello tradizionale: non “ comandi di esecuzione” ma registrazione magnetica diretta del suono:  sparisce l'esecutore, che viene a coincidere con il compositore.  riproducibilità del brano affidata alla tecnologia elettromagnetica;



Notiamo che:  



un brano di musica elettronica prodotto con apparecchiature “analogiche” è dello stesso tipo di un quadro o di una scultura un brano di musica tradizionale è dello stesso tipo di una pièce teatrale, il cui testo contiene “comandi vocali” che gli attori “eseguono”. Soltanto la computer music poteva essere “scritta” in modo simile a quello della musica tradizionale, ossia con “comandi” verso generatori di suono.

Diffusione dell’elettronica digitale anche nella musica



La tecnologia digitale nasce con i computer negli anni ’50  Alcuni dei primi sintetizzatori per Musica Elettronica sono in grado di essere comandati da segnali digitali  Con le telecomunicazioni si sviluppa la ‘’traduzione’’ dei segnali analogici (voce e successivamente video) in segnali digitali (sequenze di bit), ossia NUMERI scritti in forma binaria  Ciò prepara il terreno alla costruzione di sintetizzatori completamente digitali: i singoli componenti (oscillatori, modulatori, filtri, mixer, etc.) vengono simulati da software  La tecnologia digitale consente precisioni e stabilità elevate: tutte le misure di tempo sono derivate da un’unica sorgente oscillatoria (clock), che può essere molto stabile  Si diffonde in musica el. dagli anni ‘80 

Segnale digitale


Numerazione binaria




La numerazione che comunemente usiamo (di origine araba) è a base decimale e usa la modalità posizionale: …|centinaia|decine|unità,decimi|centesimi |….. 192,38



In realtà un numero può essere espresso in una base qualsiasi.



Il sistema numerico binario, cioè in base 2, fondato sui soli simboli “0” e “1”, è quello usato nei computer: …|ottine|quattrine|duine|unità,mezzi|quarti|ottavi |…1110,101 

Esempio: il numero 25 (dec) 10011 (binario)



Decimale: 2 decine + 5 unità = 2*10 1 + 5*100 = 25



Binario: 1 sedicina + 0 ottine + 0 quattrine + 1 duina + 1 unità = 1*24 + 0*23 + 0*22 + 1*21 + 1*20 = 10011

Conversione da decimale a binario

Campionamento e sintesi Introduzione alla musica elettronica

Conversione A/D -D/A 




Conversione A/D: è la traduzione di un segnale in una sequenza di NUMERI : 

CAMPIONAMENTO più o meno fitto: « sample

rate»



PRECISIONE nella misura dell’ ampiezza del campione: « quantizzazione»

Conversione D/A : processo inverso 

GENERAZIONE di impulsi rettangolari uguali ai campioni quantizzati



FILTRAGGIO passa-basso per ‘’smussare’’ (smoothing) gli spigoli

Necessario:  

Sample rate > doppio della banda del segnale Limitare l’errore di quantizzazione (alto numero di bit per campione)

____------_---

Campionamento e sintesi Introduzione alla musica elettronica

A/D - D\A per immagini


Conversione A/D  Immagine suddivisa in tanti quadratini (“pixel” = picture element) e ad ogni quadratino viene assegnata una serie di numeri che indicano la posizione, la luminosità e il colore. Conversione D/A  un monitor mostra ogni pixel con posizione, luminosità e colore che gli appartengono, ricostruendo così una copia dell'originale.  -_____------_--DAC = Digital to Analog Converter

pixel

Campionamento e sintesi

Tecnica digitale (o numerica)



1. 2. 3.

Generare e/o tradurre segnali analogici , acustici e visivi, in segnali numerici, ossia sequenze di bit …………………….A/D lavorare sui numeri: ……………. Elaborazioni numeriche (computer) tornare ai segnali analogici……D/A ____------_---

La conversione A/D • è detta anche PCM (Pulse Code Modulation) • Caratteristiche •Sample rate: deve essere doppia della max frequenza del segnale •Quantizzazione (bit) . Livelli: • 16 bit x campione  65.536 •24 bit x campione  16.777.216

•Bit rate = Sample rate x Quantizzaz.


sintesi dei suoni : analogica



 Generazione (‘’sintesi’’) di un

suono

con l'elettronica  Esistono molti metodi di sintesi sonora analogica: Additivo  Sottrattivo  Altri (FM, modelli fisici, …) 

sintesi dei suoni : digitale



 Emulazione della sintesi analogica  Sintesi

diretta per campioni «quantizzati»


Inviluppo – Schema ADSR





Un suono non è quasi mai un fenomeno ON-OFF ma ha una sua dinamica interna  La dinamica viene descritta dall’inviluppo delle singole onde  L’inviluppo viene sintetizzato con uno schema a quattro fasi temporali, conosciuto come ADSR     

Attack Decay Sustain Release -_____------_---

Sviluppi tecnologici e informatici

Compact Disc





I numeri sono espressi in bit



16 bit



CD  frequenza massima 20.000 Hz



“sample rate” = 44.100 campioni al secondo (> del doppio della max frequenza)



“bit rate” = 44.100 x 16 = 705.600 bit/secondo.



1 Ora = 3.600 sec  705.600 x 3600 x 2 = 5.080.320.000 bit = : 8 = 635 MByte



In realtà i byte sono di più, perché si arriva a un tempo maggiore di registrazione



Sono richieste molte operazioni al secondo! Indispensabili i transistor, perché altrimenti sarebbero necessarie migliaia di valvole, con un consumo di spazio e di energia spaventosi e prestazioni modeste.



precisione massima di 0,002%.


Hardware sostituito da software





Hardware  Software



Oggi un comune pc può fare “di tutto”, specializzandolo in varie funzioni per mezzo del software.



Filtri, equalizzatori, modulatori, registratori sostituiti da unità di calcolo e di memoria magnetica e ottica, che trattano dati in forma di bit: cioè vengono ‘’emulati’’.



L’eccezione è un tipo particolare di circuito detto Digital Signal Processor (DSP), un microprocessore dedicato all'elaborazione dei segnali



-_____------_---



Si è aggiornata anche la vecchia nozione di “computer music”: in ambito elettronico non esiste più “music” senza computer! Oggi si parla di “musica assistita dal computer”.

Sviluppi tecnologici e informatici Introduzione alla musica elettronica

File e loro struttura


Ricordarsi il Back Up !!! 

Formato del file: simile a un modulo burocratico

FILE = insieme di dati, ai quali viene attribuito un senso o una

funzione che giustifichi il loro essere aggregati e memorizzati 1 Byte = 8 bit  DATO = gruppo di bit o di byte 

BYTE

carattere tipografico 

Ogni carattere

codice ASCII

1 Byte



Il FILE ha una struttura formale che funge da «contenitore» di informazioni, simile a un modulo burocratico



Il «contenitore» ha una parte fisica (elettrica o magnetica) e una parte logica



La parte logica è caratterizzata da: 

una struttura legata al supporto (hd: traccia, cilindro, settore, …)



una struttura indipendente dal supporto (‘’formato’’) legata ai dati e al loro uso 

.doc, .jpg, .pdf, .wav, …..


Compressione informativa  “ridondanza” =

ciò che è in più dell'essenziale



esempio : “La msica eletronica è intresante”  il lettore capisce il significato, perché è in grado di aggiungere automaticamente le lettere mancanti.



Si deduce che la frase “La musica elettronica è interessante” è caratterizzata da ridondanza.



È quindi possibile, tramite opportuni algoritmi, identificare la ridondanza insita in un'aggregazione di dati (“file”) e ridurla fortemente, con il vantaggio di risparmiare memoria e tempo/potenza di calcolo.



Questa operazione si chiama “compressione”, sottinteso “informativa”. Il suo inverso si chiama “espansione” o, in gergo informatico, “estrazione”.



Il software che opera la compressione si chiama ‘’codec’’



Formati dei file audio



Formati Open 

wav - standard audio file format usato in Windows PCs per memorizzare PCM e file CD-quality



mp3 - MPEG Layer-3 format.



ogg – formato free, open source, che supporta una grande varietà di codec, il più conosciuto dei quali è Vorbis.



gsm – progettato per la telefonia in Europe, gsm è anche un codec e realizza un buon compromesso tra dimensioni e

      

qualità dct – formato per la dettatura; è anche codec e criptatore (privacy) flac – codec lossless applicabile a un file PCM au - formato audio file standard usato su Unix. L’audio nei file au può essere PCM o compresso con i codec mlaw, Alaw o G729 aiff – formato standard audio usato dalla Apple. È simile al formato wav per Mac. . vox – formato usato comunemente con il codec Dialogic ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation) codec. raw – un file raw può contenere audio con qualsiasi codec ma è soprattutto usato con audio PCM . Usato solo per test mid – formato MIDI

Formati Proprietari 

wma – formato Windows Media Audio di proprietà Microsoft.



aac – formato Advanced Audio Coding basato sullo standard MPEG4 di proprietà Dolby. Una versione copy-



protected version è stata sviluppata da Apple per uso nel download di musica da iTunes Music Store. atrac (.wav) – formato Sony ATRAC. Ha sempre estensione .wav e richiede drivers ATRAC3 ra – Formato Real Audio, disegnato per streaming su Internet.


Codec


I codec possono essere:  senza perdita di dati («lossless»)  generici : zip e rar in varie versioni  audio e musica: ALAC (Apple Lossless Audio Codec), FLAC (Free Lossless Audio Codec), APE, TTA (True Audio Lossless), RealPlayer, WMA lossless  immagini: GIF, TIFF, PNG  video: H.264/MPEG-4, AVC  con perdita di dati («lossy») 

audio: ADPCM (Adaptive Delta PCM)



Musica: AAC (Advanced Audio Coding). MP3, WMA lossy,

AC3 

Voce: GSM 06.10



Immagini : JPEG, JPEG 2000



video: MPEG-1-2-4, DivX, XViD, 3GPP, WMV


MIDI




MIDI (Musical Instrument Digital Interface).



nata negli anni '80 per consentire la comunicazione e il controllo tra strumenti elettronici di vario tipo, anche tramite computer. definita sia come hardware sia come software. La parte hardware esterna prevede un certo numero di connettori DIN a 5 poli, 3 o di più Oggi il connettore a 5 poli è spesso sostituito da uno USB La parte software dell'interfaccia definisce un protocollo di scambio di messaggi che può avvenire su “canali” indipendenti diversi, fino a un massimo di 16 (ad esempio 16 suoni contemporanei). È possibile attivare e controllare una serie di parametri che un'apparecchiatura dotata di interfaccia MIDI mette a disposizione.

   

 

una tastiera con MIDI collegata a un banco di sintetizzatori diventa uno strumento musicale multiforme.



Lo standard MIDI consente di memorizzare una serie di comandi per produrre sequenze di suoni (applicazioni dette “sequencer”): I dati riguardanti i messaggi MIDI sono memorizzati in file MIDI, i cui formati sono definiti dallo standard MIDI. -_____------_---

 


Spazializzazione 





Fin da tempi lontani la musica si è posta il problema del rapporto con lo spazio, visto che il nostro sistema uditivo ha la capacità di individuare con una certa approssimazione la provenienza spaziale del suono. Questa capacità poteva essere sfruttata come parte della fruizione musicale, e lo fu ad esempio con i “cori spezzati” di Willaert e di Giovanni Gabrieli nella Basilica di San Marco a Venezia e in molte realizzazioni teatrali di melodrammi. La “stereofonia” come modo di riproduzione fu brevettata nel 1936 ma prese vita solo dagli anni '60 in poi, fino ad arrivare al Dolby Surround (Broadcast, Cinema, Home Theater) 3D, Plus, etc. (fino a 7 canali).



Directional audio coding (DirAC)



Vector Base Amplitude Panning (VBAP ) : metodo



per posizionare sorgenti virtuali in direzioni arbitrarie, usando un set di altoparlanti -_____------_---



La composizione elettronica

Aspetti compositivi



Differenze tra la composizione elettronica e quella tradizionale:  tradizionale  suoni prodotti durante l'esecuzione  elettronica  modi di realizzazione diversi. Il compositore elettronico può:   



produrre da solo i suoni con strumenti hardware e software di sintesi sonora; utilizzare suoni pre-prodotti o registrati; saltare la figura dell'esecutore, registrando elettronicamente la composizione che può essere riprodotta da un sistema di riproduzione.

il compositore elettronico può anche comportarsi in modo tradizionale scrivendo una partitura per una combinazione di:   





strumenti elettronici, reali o virtuali (cioè realizzati da un computer) suonati da un esecutore umano; suoni preregistrati; suoni che interagiscono in tempo reale con eventi di vario tipo, interni all'esecuzione (gestualità, altri suoni, immagini riprodotte, etc.) o anche esterni (ad esempio interagendo con l'ambiente). Tecniche di “post produzione”, ossia di montaggio del materiale già prodotto; il cinema già le conosceva e la composizione elettronica le ha utilizzate in modo manuale e adesso assistito dal computer; sono ormai di dominio della pratica esecutiva anche “real time”. -_____------_----


Pratica della produzione musicale





Nella pratica, oggi un compositore dispone di una DAW (Digital Audio Workstation = computer attrezzato con software applicativo specializzato nel generare suoni e nel trattarli    

  

stessa impostazione dei primordi della composizione elettronica concetto di “pista” o “traccia” (track in inglese) intesa come canale di registrazione. numero delle tracce virtualmente infinito ma nella ordine delle decine. un intervento fondamentale e tipico è quello “nel dominio del tempo” operando taglia-incolla e copiaincolla di pezzi di forma d'onda

È possibile estendere il software applicativo “principale” tramite una serie di “plug-in”, ossia pezzi di software aggiuntivi che forniscono varie funzioni in aggiunta a quelle di base. DAW dotata di interfacce audio (MIDI, FireWire); tendenza verso l'utilizzo sempre maggiore della USB (Universal Serial Bus), unitamente ai vari driver. driver = software che consente di interfacciare un computer con un'apparecchiatura esterna, come una stampante.



software applicativi per la composizione

65


Steinberg Cubase, Steinberg Nuendo, Pro Tools, Ableton, Audition, Magix, Logic, Reason, FL Studio, Sonar, Reaper, PropellerHead.  sintetizzatori software per pc, che emulano alcuni sintetizzatori “tradizionali” : Instruments' Pro 53, Sequential Circuits Prophet V, DX7 Yamaha, Arturia's CS80 (Yamaha CS-80), ARP 2600 che si appoggiano all'interfaccia MIDI. 



indirizzati alla riproduzione di strumenti musicali tradizionali o a loro versioni modificate.

“librerie” = raccolte di funzioni e di dati relativi alla costruzione dalle forme d'onda.  In ogni traccia audio del software applicativo si possono inserire: 

  

tracce MIDI, che contengono solo le informazioni del protocollo MIDI con le quali attivare uno o più sintetizzatori hardware o software (sintetizzatori virtuali); tracce audio, che contengono registrazioni di strumenti acustici o altro materiale (rumori, voci, etc.); tracce aux contenenti i vari “plug-in” che generano i suoni: ogni plug-in, in base alla tipologia, può generare molteplici tracce sonore, da assegnare a uscite della scheda audio o da sub-mixare all'interno della DAW.


software specializzato per DAW



           



Humdrum ( Analisi) Strumento per la ricerca musicale a livello simbolico. MIRtoolbox (Analisi) Funzioni scritte in Matlab dedicate all'estrazione di caratteristiche musicali da file audio. Sonic Visualiser (Analisi) Visualizza e analizza il contenuto di file audio. Marsyas (Analisi +Sintesi) Marsyas (Music Analysis, Retrieval and Synthesis for Audio Signals): software framework open source per audio processing, per applicazioni di Music Information Retrieval. SMS Tools (Audio Effetti/ Trattamento) SMS (Spectral Modeling Synthesis) è un insieme di tecniche e di software per analisi, trasformazione e sintesi. WaveSurfer (Audio Effetti/ Trattamento) WaveSurfer è uno strumento Open Source per visualizzazione e trattamento del suono. CLAM C++ Library for Audio and Music (Libreria di programma) è un software framework per ricerca e sviluppo di applicazioni nel campo audio e musicale. ChucK (Libreria di programma) audio programming language. FAUST (Libreria di programma) Linguaggio free, open source, per audio signal processing in real-time. Max/MSP (Libreria di programma) Max/MSP è un ambiente grafico per musica, audio e multimedia. STK (Libreria di programma) Kit di sviluppo per sintesi musicale e audio processing, con particolare riferimento alla funzionalità cross-platform, al realtime control. CLM Common Lisp Music (Sintesi) è un software per la sintesi e il signal processing, presente nella famiglia Music V. Nyquist (Sintesi) Sistema per la sintesi e la composizione basato su Lisp (Linguaggio orientato all'intelligenza artificiale) e sulla programmazione funzionale. SuperCollider (Sintesi) Linguaggio di programmazione per la sintesi audio in real time.


Csound e MAX



Si tratta di due linguaggi dedicati allo sviluppo di sintetizzatori software  Csound è un linguaggio «a oggetti» derivato dal linguaggio C, sviluppato all’MIT negli anni ‘80 



E’ stato pensato per la sintesi del suono e i vari trattamenti

MAX è un ambiente di sviluppo con linguaggio a oggetti utilizzabili per via grafica   

sviluppato all’IRCAM negli anni ‘80 Commercializzato dalla Cycling74 con il nome MAX/MSP Orientato alla LIVE electronics


Notazione musicale





Con l'avvento della tecnologia elettronica il problema della scrittura di una partitura ha assunto un significato molto diverso rispetto al passato.



Non ponendosi più, in effetti, la necessità di un codice scritto interpretabile dall'esecutore, visto che l'esecutore è stato eliminato tout court, la memorizzazione del pezzo musicale è diretta.



Nella maggior parte dei casi viene memorizzato un codice binario in un formato che può essere standard (ad esempio quello del CD) oppure no, a seconda dell'uso. In altri casi viene memorizzato il codice MIDI.



In un'esecuzione “live” che preveda un'esecuzione su uno strumento non tradizionale, magari confezionato ad hoc; i codici di notazione vengono spesso dichiarati caso per caso, non essendosi diffuso che in parte uno standard condiviso dai compositori.



Molti compositori del '900 (e contemporanei) ricorrono alla cosiddetta “notazione grafica”, che consente una grande libertà espressiva, rinunciando alla precisione e scegliendo l'allusione. È chiaro che il compositore deve spiegare ogni volta il significato dei


Strumenti tradizionali imitati 



Gli strumenti tradizionali 

vengono sostituiti in due modi:  

 

tramite la registrazione di campioni tratti da strumenti musicali tradizionali; tramite la sintesi diretta dei suoni, a imitazione.

vengono inseriti in sintetizzatore virtuale con interfaccia MIDI La maggior parte dei software applicativi delle DAW forniscono la possibilità di utilizzare la notazione classica su pentagramma.

Gli strumenti tradizionali a note fisse sono impostati sulla scala temperata a 12 suoni per ottava  Gli strumenti elettronici consentono l’uso di scale a numero di suoni diversi o a rapporti non armonici tra i suoni 


Memorizzazione della musica Musica tradizionale  pentagramma con le figure musicali. Musica elettronica  software applicativi dedicati : 

risultato della composizione, in forma di suoni registrati;



file MIDI (contiene i comandi verso i sintetizzatori dotati di interfaccia MIDI);



sequenza di comandi verso altri tipi di interfaccia;



partitura tradizionale, se interventi “live”;



misto dei metodi precedenti.

Software di scrittura tradizionale 

pentagrammi a video : mouse o tastiera MIDI



note scritte suonate dal sequencer-sintetizzatore



possibile stampare su carta.



tre tipi di formato :





per notazione a video (proprietari)



per rappresentazione del suono (xml, mus, cap, ..), (midi, wav, mp3, …),



per stampa (pdf, jpeg, png, …).

programmi : “Finale“, “Sibelius”, “Capella”, Encore”, “Notion” .





Sound design


Sound design = uso dei suoni per finalità non musicali ma genericamente ambientali.  I suoni vengono progettati, combinati, manipolati, prodotti in funzione della loro destinazione d'uso. 



suoni e rumori come complemento scenico   



altri impieghi    



cinema, teatro, tv, segnalazioni acustiche legate ad eventi (annunci, allarmi, richiami, etc.), videogame, risponditori telefonici automatici, interfacce uomo macchina e altre applicazioni.

Alcuni fanno rientrare anche la progettazione acustica nel concetto di sound design

Conclusione


Indirizzi attuali di ricerca sul suono 

Molti centri di ricerca musicale nel mondo, quasi sempre collegati ad università, in cui vengono studiati i vari aspetti del suono, dalla sua generazione, al trattamento, alle applicazioni dell'acustica.



l'IRCAM (Institut de Recherche et Coordination Acoustique/Musique) di Parigi, fondato da P. Boulez nel 1970 “offre un ambiente sperimentale unico … grazie alle nuove tecnologie … risultanti dall'interazione tra idee musicali nuove e domini di ricerca delle équipe scientifiche”.



I principali temi di ricerca sono riferiti al contesto dell'interazione “live”, che da sempre occupa all'IRCAM un posto di privilegio, sono: 

spazializzazione sonora,



captazione e il riconoscimento del gesto (es: Kinect),



interpretazione di una partitura,



sintesi sonora,



analisi e la trasformazione sonora



composizione e l'orchestrazione assistita da computer.


IRCAM

Conclusione

Conclusione





La produzione elettronica del suono comprende una varietà di aspetti che abbiamo illustrato brevemente cercando di rendere comprensibili i principali modi di funzionamento, trascurando volutamente molti dettagli proprio per fornire una panoramica il più possibile estesa.



L'uso della tecnologia elettronica, specialmente quella digitale, ha permesso di ampliare il campo di indagine e di produzione, permettendo anche di integrare aree tra loro prima a vario grado separate dalla musica, come l'acustica, la gestualità, la videoproduzione.



La ricerca sul suono fatta con mezzi elettronici (e matematici) comprende moltissimi aspetti che esulano dall'accezione tradizionale del termine 'musica', come la sintesi e il riconoscimento vocale, il controllo dell'inquinamento acustico, l'acustica architettonica, la medicina dell'orecchio.



La musica cosiddetta elettronica ha raggiunto un alto grado di perfezione nell'imitazione degli strumenti tradizionali ma è ancora terreno di esplorazione per la costruzione di possibili nuove estetiche nel campo dei suoni non tradizionali.

Qualcosa in più





Seguono alcune slide di approfondimento

Primi interventi di memoria dei suoni

Registrazione e riproduzione Prime forme di registrazione sonora : Memorizzazione dei comandi di esecuzione 

automi collegati all'orologio della torre che suonavano  nel '500 campane e organo meccanico a rullo (Salisburgo)  nel '600 carillon (gruppi di campane o campanelli)  nel ‘700 molti automi suonavano. Es: una giovane donna che suona un organetto a canne, realizzato nel 1773 da Henry-Louis Jaquet-Droz; è in grado di eseguire cinque melodie differenti seguendo con gli occhi la tastiera

La scrittura della partitura provoca l'esecuzione meccanica diretta  Sistema a rullo = antesignano del computer in quanto macchina programmabile 



Le prime vere registrazioni di esecuzioni sono quelle su rulli di carta, posti in una macchina e collegati a un pianoforte con ingegnosi meccanismi



Automa di Vaucanson

Primi interventi di memoria dei suoni

Rulli e dischi



Prime forme di registrazione sonora : Memorizzazione di onde sonore 

Fonografo di Edison (1878) 

Registrazione : le vibrazioni di una membrana tesa di carta facevano muovere una puntina che a sua volta incideva una traccia su un rullo di ottone ricoperto di stagnola, corrispondente all'onda sonora che investiva la membrana. Edouard-Leon Scott de Martinville, a Parigi, aveva creato il "fonoautografo" (1857), che incideva ma non riproduceva



Riproduzione : il rullo, girando, faceva muovere la puntina secondo gli spostamenti indotti dalla traccia incisa in precedenza. La puntina faceva muovere un'ulteriore membrana di carta, che così riproduceva quanto era stato registrato

 



Berliner sostituì il rullo con un disco in gommalacca che girava a 78 giri al minuto Negli anni '50 la velocità passò a 45 e 33 e 1/3 giri al minuto e il disco diventò di vinile. Ebbe inizio il mercato discografico.

Precursori: le Telecomunicazioni

Telecomunicazioni





prima dell'energia elettrica  



trasporto fisico di messaggi scritti altri mezzi acustici o visivi

Con l’energia elettrica si scopre che è possibile trasportare messaggi; se ne sfruttano 4 caratteristiche: 

  

1 capacità di viaggiare alla massima velocità possibile (quella della luce) sia nello spazio libero sia in uno spazio confinato (fili di metallo conduttore, come il rame); 2 capacità di conservare nel tempo uno “stato”, ossia un certo valore di una qualche grandezza elettrica o magnetica; 3 possibilità di operare facilmente trasformazioni da energia meccanica a energia elettrica e viceversa (“trasduttori elettromeccanici”); 4 la docilità nel lasciarsi facilmente modellare in onde , ossia in variazioni cicliche nel tempo, che possono assumere forme diverse.

Precursori: le Telecomunicazioni

Trasmissione a distanza





Nel 1896 Guglielmo Marconi brevettò il primo telegrafo “senza fili”: utilizzava onde radio e permetteva di trasmettere e ricevere segnali elettrici anche dalle navi.


Segnali informativi





Qualsiasi processo di significazione avviene attraverso entità ben distinguibili le une dalle altre (in generale, “simboli”). 



La più semplice variazione nel tempo di un segnale è la presenza-assenza: ampiezza non nulla oppure nulla. 



In un segnale elettrico, l'elemento che può essere variato è la forma, ossia il suo andamento nel tempo e/o nello spazio .

Pochi segnali elettrici possono essere creati senza l'elettronica, bastando l'elettrotecnica. Telegrafo.

L'elettronica ha consentito invece di generare segnali di qualsiasi tipo e di manipolarli a volontà


Modulazione



In elettronica, è possibile variare con continuità l'ampiezza massima o la frequenza di un segnale di base.  La variazione è governata da un altro segnale, es: microfono 

segnale sinusoidale di base = portante  segnale del microfono = modulante 



Modulazione di ampiezza

la variazione di qualche caratteristica della portante tramite un altro segnale è detta modulazione (ampiezza, frequenza, …)

Modulazione di frequenza


Modulazione in durata di una portante sinusoidale per trasmettere in Morse





La modulazione è un modo per “tradurre” in modo elettrico una codifica preesistente, come l'alfabeto Morse



alfabeto Morse = associazione tra caratteri tipografici (lettere e numeri) e

sequenza di punti e linee segue un criterio statistico: 

le sequenze punto linea più lunghe sono state associate ai caratteri tipografici meno frequenti (nella lingua inglese), così da ottimizzare il numero di segnali trasmessi.


segnali via radio - 1





lunghezza d'onda = velocità di propagazione / frequenza =c /f



Luce

c = 300.000 Km/s



= lo spazio che impiega un'onda a compiere un'oscillazione completa



Le frequenze udibili vanno da 20 a 20.000 Hz; la lunghezza d'onda, poniamo, a 1.000 Hz è 300 km:



l'antenna trasmittente deve avere dimensioni dello stesso ordine di grandezza della lunghezza dell'onda da trasmettere: senza qualche artificio la trasmissione non è praticabile.



L'artificio è modulare una portante di alta frequenza, ad es. se f=100.000.000 Hz (o 100 Megahertz) la lunghezza d’onda è circa 3,3 metri, quindi perfettamente praticabile.



Il ricevitore dovrà poi “demodulare” l'onda ricevuta per estrarne il segnale informativo.


segnali via radio - 2




banda di frequenza




Banda = differenza tra la massima e la minima frequenza



Visione complessiva tempo - frequenza


Canali di trasmissione 

Un canale di trasmissione/ricezione comprende : 

un supporto fisico (ad esempio una coppia di fili metallici)



una capacità di veicolare segnali, compresi in una banda di frequenza definita



Rete: insieme di canali, interconnessi totalmente o parzialmente





Trasmissione: 

Broadcasting (radio pubbblica)



end to end (reti telefoniche, telematiche)

separazione dei canali: 

spaziale (fisica)



Continuo, discreto, logica

Continuo e discreto analogico e digitale    Democrito

Zenone







“analogico” e “digitale”  “continuo” e “discreto”: risale a tempi molto lontani. “digitale”  “digit”  “cifra numerica”,  “digitus”. Democrito e il suo maestro Leucippo furono i primi a sostenere la tesi del discreto la materia era composta di atomi, oggetti piccolissimi ma indivisibili; le loro idee sono considerate da molti le basi della scienza moderna. Zenone e altri filosofi sostenevano la tesi del continuo, della divisione “ad infinitum” della materia, nonostante i paradossi che emergevano (famoso quello di Achille e della tartaruga) vita pratica : sia “continuo” sia “discreto”  scrittura,  “discreto (alfabeto e poi cifre numeriche)  aggregazioni significative (parole e numeri composti).  disegno, pittura, scultura  “continuo”  architettura  misto di continuo (creazione di forme decorative) e di discreto (mattoni, pietre, etc.).  meccanica,  continuo (ruota) e discreto (parti montate): 

ruota dentata = interessante punto di passaggio tra continuo e discreto.


Elettronica: amplificazione e calcolo 

il mondo fisico ci appare sia come continuo o “analogico” sia come discreto o “digitale”



sono molte le situazioni in cui il discreto viene convertito o “tradotto” in continuo e viceversa.



L'elettronica, sorta per amplificare, è nata come analogica.



Verso la fine degli anni '30 a qualcuno è venuto in mente di usare l'elettronica per far funzionare un calcolatore nel discreto, cioè con i numeri



Fino ad allora i calcolatori numerici erano stati oggetti meccanici o elettromeccanici. L'idea di costruire un calcolatore programmabile in grado di eseguire non solo operazioni aritmetiche ma anche logiche era venuta al matematico inglese Charles Babbage, che nel 1837 ne pubblicò un progetto completo, mai realizzato per mancanza di fondi.



Il calcolatore di Babbage realizzato 150 anni dopo

rappresen rappre sen are un num numero ero : supporto fisico e metodo





Meccanica  



supporto = ruota dentata metodo = meccanismo che esegue le operazioni di base e le memorizza in altre ruote dentate.

Elettronica 

supporto = segnale elettrico



metodo = associazione tensione – tensione – numero. numero. Ad esempio 1 = 1 Volt, 2 = 2 Volt, 3 = 3 Volt, etc. con memoria elettrica o magnetica



Ma una tale soluzione è poco praticabile: è molto difficile garantire la stabilità di tanti livelli diversi e quindi la loro individuazione univoca: l'affidabilità dei calcoli risulterebbe compromessa .



La soluzione fu l’ aritmetica binaria, in cui i livelli elettrici richiesti sono solo due; 

inventata da Leibnitz nel XVII secolo e poi dimenticata, riscoperta da George Boole a metà '800 '800 ed estesa estesa alla logica. logica.



Il matematico americano Claude Shannon negli anni '40 l’ha riconosciute applicabile alle macchine, costituiscono a tutt'oggi la base dell'informatica. dell'informatica.


rappresentare un numero: supporto fisico e metodo 

Grafica  

supporto = carta metodo = simboli grafici e loro combinazioni



Meccanica  



.

supporto = ruota dentata, palline, … metodo = meccanismo che esegue le operazioni di base e le memorizza in altre ruote dentate.




rappresentare un numero: supporto fisico e metodo 

Elettronica 

supporto = segnale elettrico



metodo = associazione tensione – tensione – numero. numero. Ad esempio 1 = 1 Volt, 2 = 2 Volt, 3 = 3 Volt, etc. con memoria elettrica o magnetica



Ma una tale soluzione è poco praticabile: è molto difficile garantire la stabilità di tanti livelli diversi e quindi la loro individuazione l'affidabilità à dei calcoli risulterebbe compromessa. univoca: l'affidabilit



La soluzione fu l’ aritmetica binaria , in cui i livelli elettrici richiesti -12 Vol Volt; t; 1 +12 Volt ) sono solo due (esempio: 0



; 

inventata da Leibnitz nel XVII secolo e poi dimenticat inventata dimenticata, a, riscoperta da George Boole a metà '800 '800 ed estesa alla logica.



Il matematico americano Claude Shannon negli anni '40 l’ha riconosciute applicabile alle macchine, costituiscono costituiscono a tutt'oggi la base dell'informatica.




Numerazione binaria 

La numerazione che comunemente usiamo (di origine araba) è a base decimale e usa la modalità posizionale: …|centinaia|decine|unità,decimi|centesimi |….. 192,38



In realtà un numero può essere espresso in una base qualsiasi.



Il sistema numerico binario, cioè in base 2, fondato sui soli simboli “0” e “1”, è quello usato nei computer: …|ottine|quattrine|duine|unità,mezzi|quarti|ottavi |…110,01




Conversione da decimale a binario

I motivi di tale uso sono due: 



Tecnico: due livelli di tensione elettrica si distinguono e si gestiscono molto meglio l'uno dall'altro rispetto a un numero maggiore di livelli: l'affidabilità dei calcoli è così elevatissima. Logico: l'aritmetica binaria è “vicina” alla logica binaria, quella ratificata da Boole e rivelatasi di facile “traduzione” in circuiti elettrici ed elettronici

1 -V

+V

0

A/D D\A : da Analogico (continuo) a Digitale (numerico) e viceversa 

Conversione A/D per le immagini



Immagine suddivisa in tanti quadratini (“pixel” = picture element) e ad ogni quadratino viene assegnata una serie di numeri che indicano la posizione, la luminosità e il colore.



Conversione D/A





un monitor mostra ogni pixel con posizione, luminosità e colore che gli appartengono, ricostruendo così una copia dell'originale. In generale una volta che si è riusciti a tradurre segnali acustici (suoni e rumori) e visivi (o di altra natura) in segnali numerici (A/D) si lavora sui numeri e poi si torna ai segnali analogici (D/A)



L’immagine del gatto è suddivisa in 60 x 40 = 2400 quadratini, ognuno dei quali può essere bianco o nero: per descrivere il suo colore basta quindi una sola cifra binaria (bit) che vale cioè 0 (bianco) o 1 (nero), che chiamiamo Z. Ogni quadratino è individuato dalla posizione X (orizzontale), Y (verticale) ossia con coordinate cartesiane. X = da 0 a 59 Y = da 0 a 39 Z = da 0 a 1 Sia per X che per Y occorrono 6 bit, perché con numero di 6 bit si può contare da 0 a 63, ossia 64 numeri diversi (2 6 = 64), mentre 5 bit sarebbero insufficienti (2 5 = 32). Per Z basta 1 bit. Quindi per ogni quadratino occorrono 6+6+1 = 13 bit. Per descrivere tutta l’immagine servono 2400 x 13 = 31200 bit. Ma in questo modo l’immagine del gatto,

1

0

0

0

0

1

1

1

1

0

0

1

1

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1

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1

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1

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0

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Valori Z dei primi 5 x 15 = 75 quadratini a partire dall’angolo in alto a sinistra

real-time e risoluzione



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la precisione (detta “risoluzione” o “definizione”) del campionamento richiede:  

Alto numero di campioni per unità di tempo (o di spazio) Alto numero di bit per campione (misura)

Nel tempo (real-time): Campionamento  “bit rate” (= velocità in bit/secondo) è cruciale  La bit rate deve essere > doppio della più alta frequenza che definisce l’estremo superiore della banda del segnale 


Logica di Boole

(logica binaria)



La logica di Boole  aristotelica sui tre principi di identità, non contraddizione, terzo escluso.



logica binaria = ogni proposizione può avere solo due valori di “verità”, vero e falso, ai quali associamo rispettivamente “1” e “0”.



il calcolo logico fornisce il risultato dell'aggregazione di proposizioni attraverso i cosiddetti “connettivi”,



connettivi = elementi che realizzano vari tipi di aggregazione dette “operazioni”: sono “e”, “o”, “non”, nominati con i termini inglesi AND, OR, NOT.



: l'aritmetica binaria è “vicina” alla logica binaria, quella ratificata da Boole e rivelatasi di facile “traduzione” in circuiti elettrici ed elettronici



Computer 


Un computer è una macchina programmabile (ormai da tempo) elettronica, fondata su logica e aritmetica binarie , composta di 4 “blocchi ” funzionali principali:



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Una CPU (= Central Processing Unit) che svolge calcoli logici e aritmetici ;



unità di memoria 

di lavoro: RAM (= Random Access Memory) memoria elettronica veloce



di massa : elettromagnetica (Hard Disk), ottica (DVD), a ‘’stato solido’’



un insieme di interfacce I/O (= Input/Output) di comunicazione da/verso apparecchi esterni : memoria di massa, display, tastiera, stampanti, unità di rete, etc.



Il software, ossia l'insieme dei programmi, conservato nella memoria di massa insieme ai dati (informazioni immesse dall'esterno e/o risultato di elaborazioni)

Programma = sequenza di numeri (« dati») che i circuiti del computer interpretano come “ comandi di esecuzione” di operazioni

notebook

mainframe

musica elettronica Slide Corso

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