Editing dell`audio digitale

Lezione 7: Suoni (2)
Informatica Multimediale
Docente:
Umberto Castellani
Sommario
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Introduzione al suono
Rappresentazione del suono
Elaborazione digitale
Standard MIDI
Elaborazione digitale audio
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“L‟elaborazione digitale del segnale audio (digital
signal processing - DSP) si occupa di segnali
rappresentati come serie di numeri ed esplora i
cambiamenti che possono essere effettuati in questa
serie”, (Strawn 1985)
Il segnale viene modificato intervenendo sulla
sequenza numerica. Una volta modificata la
sequenza, il segnale viene riconvertito in onde
acustiche.
L‟elaboraziona avviene applicando tecniche
matematiche sui segnali digitali
Editing dell’audio digitale
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Un editor per audio digitale (o Sound editor, o Sound Sample
Editor) è un programma che consente di modificare un segnale
audio digitale (sia esso campionato o sintetizzato)
– Modifiche non distruttive (i.e., possibilità di „undo‟).
– Ci sono diverse funzioni di editing: registrazione,
campionamento, riduzione del rumore, effettistica, etc.
– I software sono specializzati in alcune di queste funzioni
– Spesso esiste un software di base per il quale le funzioni
particolari sono inserite tramite i plug-in (modularità del
software)
– E‟ importante l‟interfaccia grafica con le sue metafore
(traccia, canale, manopole, indicatori di volume, mixer, etc.)
Editing di base
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Taglia, copia e incolla:
come per testo si può selezionare una
porzione audio allo scopo di rimuoverla,
riprodurla, sostituirla, etc. L‟incolla prevede
sia la sostituzione e sia il missaggio, o la
dissovelza (crossfading).
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Marcatori e regioni:
È possibile inserire degli indicatori di posizione che
consentono di navigare velocemente nel file audio
allo scopo di modificare più volte esattamente le
stesse aree.
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–
Cue list: lista di tutte le posizioni temporali o intervalli tra
due punti definiti dall‟utente
Play list: è la lista che comprende l‟ordine di ascolto delle
porzioni selezionate (che è indipendente dall‟ordine del file
audio)
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Resampling:
È possibilie ridefinire il tasso di campionamento di un
segnale, la quantizzazione e i canali
– Es. tipicamente mentre si lavora il segnale viene
quantizzato in maniera dettagliata per poi essere
„ridotto‟ alla fine del lavoro
– Antialiasing audio (eliminando le frequenze alte)
– Dithering audio (si ottiene aggiungengo una
componente di rumore artificiale al segnale per
ridurre l‟errore di quantizzazione)
Operazioni che imitano gli effetti analogici
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Invert:
– Il segnale viene invertito rispetto all‟asse delle
ordinate (i picchi diventano gole e viceversa)
– Non c‟è variazione dal punto di vista percettivo.
L‟operazione è utile per missare o incollare un
segnale con un altro
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Reverse:
– Il segnale viene invertito rispetto all‟asse delle
ascisse (il tempo). Equivale ad una lettura dalla
fine all‟inizio del segnale
– Si ottiene un effetto „aspirato‟. Molto usato nella
musica elettronica.
Suono originale
Suono elaborato
Filtri
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Filtro: “un filtro è un dispositivo che lascia passare certe
frequenze meglio di altre”(Bianchini, Cipriani 98).
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Il filtro agisce sullo spettro del segnale enfatizzando o
attenuando determinate frequenze.
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passa basso (passano solo le frequenze basse), passa-alto
(passano solo le frequenze alte), passa banda (passa solo un
certo intervallo), elimina banda (si elimina un certo intervallo e
passa il resto).
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Il cambio dello spettro per effetto del filtro causa una variazione
del timbro del suono
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Equalizzatore grafico:
Un equalizzatore è un banco di filtri passa banda.
Suddivide il segnale in aree spettrali (bande) e
consente di aumentare/diminuire l‟energia a essa
associata (guadagno o gain).
–
–
Cambia lo spettro e quindi il timbro. In particolare è molto
usato per rinforzare le basse frequenze
Gli equalizzatori grafici presentano per ogni banda di
frequenza un cursore
Suono originale
Equalizzazione a V
Equalizzazione a 
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Equalizzatore parametrico:
In un equalizzatore parametrico la larghezza di
banda non è predeterminata (come
nell‟equalizzatore grafico), ed è possibile controllare
in maniera indipendente più parametri di filtraggio
(frequenza centrale, larghezza di banda e
guadagno).
–
Si usa per intervenire su bande di frequenze definite senza
modificare le altre (es. per togliere il sibilo)
Suono originale
Equalizzazione parametrica
Ritardi (delay)
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
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In questa categoria ci sono la maggior parte degli
„effetti‟ che si basano su una qualche forma di ritardo
del suono.
Intuitivamente, si tratta di creare una copia del
segnale di partenza e di effettuarne una
miscelazione con l‟originale dopo un certo tempo
(delay time).
Gli algoritmi di ritarno sono tra i più importanti
nell‟elaborazione digitale dei suoni
Lo scopo è quello si simulare gli echi prodotti dalle
riflessioni dell‟onda negli ambianti reali
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Chorus:
Il chorus simula la presenza di più fonti sonore insieme (il canto
di un coro: tante persone cantano la stessa melodia ma
ogniuna con frequenze diverse e con leggere variazioni del
tempo). Una variante del chorus è costituita dal vibrato inteso
come rapida e continua variazione dell‟ampiezza del segnale
– Il chorus permette di dare „corpo‟ al suono (suoni
naturalistici)
– I parametri sono il numero di voci simultanee, il tempo
massimo di ritardo, il controllo del vibrato
Chorus
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Flanger:
Si otteneva attraverso un rallentamento meccanico delle bobine
di registrazione contenti due tracce identiche. Il segnale
originale viene sovrapposto a se stesso modulato nel tempo e
in frequenza (a causa delle variazioni di velocità di
riproduzione).
–
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E‟ molto usato in ambiente musicale (con le chitarre)
I parametri sono l‟intervallo di variazione del ritardo e la
frequenza di variazione
Suono originale
Suono con flanger
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Phaser:
Il segnale viene combinato con una sua copia sulla
quale viene effettuato uno spostamento della fase
(quindi in un intervallo di tempo molto ridotto). La
copia viene fatta passare attraverso un banco di filtri
che non modificano la frequenza del segnale.
–
–
E‟ simile al flanger e può condurre ad effetti molto diversi
(es. wah-wah)
Occorre decidere qual è la frequenza centrale attorno alla
quale si produce l‟effetto, il tasso di variazione e la
profondità
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Delay:
Il delay semplicemente aggiunge una o più copie del segnale al
segnale stesso dopo un certo intervallo di tempo (delay time).
– Nel caso di delay multipli le copie vengono ripetute con
volumi decrescenti (effetto echo) fino al tempo di
decadimento.
– Il delay simula diverse dimensioni ambientali (dall‟ambiente
„asciutto‟ al gran canyon)
– I parametri sono il tempo di ritardo e il tempo di
decadimento del segnale
Suono originale
Delay multiplo
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Reverbero:
Il riverbero simula, attraverso l‟impiego di più linee di ritardo
autonome e non in fase, l‟ambiente acustico in cui si diffonde il
suono e da cui quest‟ultimo viene „colorato‟ (ovvero modificato
spettralmente)
– Impiega più linee di ritardo per ogniuna è possibile
individuare il tempo di ritardo e l‟offset (cioè da dove parte il
suono)
– Generalmente il reverbero è combinato con un filtro per
l‟eliminazione del rumore
– E‟ molto utilizzato per simulare la presenza di un ambiente
acustico
Operazioni sulla dinamica
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Un segnale si presenta con un certo inviluppo d‟ampiezza a cui
precettivamente corrisponde una certa evoluzione del volume e
del timbro. Agire sulla dinamica implica operare sul segnale in
modo tale da ottenere un risultato percepito in termini di
volume, anche se in parte si è modificato lo spettro del segnale
(e dunque il timbro)
– Amplificazione/Inviluppo
– Normalizzazione
– Panning
– Elaborazione della dinamica
– Distorsione
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Amplificazione/Inviluppo:
È la moltiplicazione del valore di tutti i campioni per una
costante. Il risultato è un aumento dell‟ampiezza del segnale
che non ne modifica il contenuto spettrale e che
percettivamente si traduce in aumento del volume.
– Si possono creare delle dissolvenze in entrata (fade in) o in
uscita (fade out).
– Musicalmente equivale and un crescendo/decrescendo
– In certi casi è possibile delle progressioni non lineari della
dinamica (andamento dell‟ampiezza nel tempo) definendo
un inviluppo arbitrario
– Il controllo dell‟ampiezza è fondamentale quando si
mescolano suoni diversi che devono diventare omogenei.

Normalizzazione
La normalizzazione consiste nella massima
amplificazione possibile del segnale senza
che si produca distorsione digitale (il
clipping).
–
–
Utile quando occore riquantizzare il suono
Utile prima che il suono sia compresso

Panning:
Il posizionamento e il movimento laterale del suono
su duo o più canali. Nel caso stereofonico consiste
nel bilancimento (costante o variabile) del fronte tra i
due autoparlanti.
– E‟ fondamentale per ottenere una
spazializzazione del suono

Elaborazione della dinamica:
Variare il livello di uscita sulla base del livello di
entrata.
–
–
Compressione: riduce l‟escursione dinamica di un segnale
(si ottiene una omogeneizzazione del segnale)
Limitazione: si occupa di „limitare‟ la parte del segnale la cui
ampiezza supera una certa soglia (es. quando il segnale di
input supera una certa soglia viene riportato su valori
inferiori). Serve per evitare i picchi senza dover
proporzionamente diminuire l‟intera ampiezza del segnale
–
–
Espansione: svolge una funzione opposta al compressore:
dilata l‟escursione dinamica di un segnale, aumentando
l‟ampiezza in uscita per valori più elevati in entrata e
diminuendola per i valori più bassi (dato un segnale
estremamente omogeneo può incrementarne la ridotta
varietà dei piani dinamici
noise gating: agisce in modo opposto al limitatore,
diminuendo la parte del segnale sotto una soglia. E‟ utile
per eliminare il brusio di fondo (es. nelle pause di un
discorso)

Distorsione:
Si possono intendere due diversi concetti tra loro correlati. Da
un lato distorsione indica il fatto che la forma d‟onda del
segnale possa essere stata modificata. Nella computer music
invece, la distorsione è un metodo di sintesi che produce un
timbro del suono particolare
Rappresentazione musicale: il MIDI
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Informazione musicale
Livelli di rappresentazione
Differenza tra audio e musica
Introduzione al MIDI
– Principi di definizione
– Tipi di informazione
Musica e informazione
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Rappresentazione del suono in quanto musica
Qualsiasi scambio di informazioni richiede che si
definisca una qualche forma di linguaggio attraverso
il quale realizzare la comunicazione
Una volta che l‟informazione ha assunto una forma
precisa, è possibile, oltre allo scambio, anche la
trasformazione/manipolazione
 Serve un linguaggio per la rappresentazione
dell‟informazione
Informazione musicale

Nel caso della musica occorre scambiare l‟informazione
musicale definendo un codice o linguaggio musicale
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Già con la digitalizzazione del suono si ottiene una codifica, ora
si vuole andare verso una semantica del suono musicale
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occorre selezionare quali aspetti della musica (tipi di
informazione) debbano essere rappresentabili dal linguaggio

Una volta stabilito un codice per la rappresentazione della
musica è possibile effettuarne anche la
trasformazione/manipolazione
–
Es: data una sequenza di note farne la trasposizione
armonica di un tono
Livelli di rappresentazione


La rappresentazione della musica avviene a diversi
livelli.
Ogni forma di rappresentazione della musica deve
collocarsi al livello adatto allo scopo
–

Es: il suono (la performance) prodotto da un clarinettista
non può essere determinato solo dallo spartito
In particolare i livelli di rappresentazione sono:
–
–
–
–
Livello fisico
Livello percettivo
Livello operativo
Livello strutturale
Suono di basso eseguito
con tecniche diverse
Livelli di rappresentazione (II)

Livello fisico: i parametri pertinenti per la
rappresentazione sono quelli propri della descrizione
fisica del segnale (ampiezza, frequenza, tempo,
forma d‟onda/spettro)

Livello percettivo: è il livello soggiacente alle
descrizioni psicoacustiche nelle quali le dimensioni
pertinenti sono quelle percepite (volume, altezza,
durata, timbro)
–
A questo livello si fa spesso uso di diagrammi di
rappresentazione
Livelli di rappresentazione

Livello operativo: la musica viene rappresentata in
termini di istruzioni esecutive.
–


Es: prescrizioni gestuali/strumentali o sistemi di intavolatura
Livello simbolico: ne è un esempio la
rappresentazione classica della notazione musicale
occidentale (lo spartito)
Livello strutturale: rappresenta le relazioni logiche
che presiedono alla produzione/comprensione della
musica
–
Es: come insieme di una grammatica generativa
Interazione tra livelli

Nell‟ambito musicale intervegono i seguenti soggetti: ambiente,
ascoltatore, compositore, esecutore, strumento

Le competenze strutturali del compositore (livello strutturale)
necessitano della mediazione della notazione (livello simbolico)
per essere trasmesse all‟esecutore. Questi traduce la notazione
in un insieme di controlli gestuali che governano l‟esecuzione
strumentale (livello operativo). Attraverso lo strumento le
operazioni gestuali si trasformano in pressione sonora (livello
fisico) che costituisce il correlato acustico del campo
fenomenico dell‟ascoltatore (livello percettivo)
Come interviene il Calcolatore
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
Nell‟elaborazione del segnale audio: la
rappresentazione digitale interessa il rapporto tra
esecutore (livello operativo) e ambiente (livello
fisico).
Nell‟elaborazione della musica:
–
–
Si vuole comporre sequenze musicali (livello simbolico) che
affidiamo, tradotte in notazione, al calcolatore perché le
esegua (livello operativo)
Si vuole eseguire una sequenza (livello operativo)
aspettandoci che il calcolatore fornisca una
rappresentazione musicale dei controlli strumentali che
riceve in input (livello simbolico)
Operazioni del Calcolatore
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La rappresentazione o linguaggio musicale deve
rendere possibili alcune operazioni tipiche:
– Assegnare uno strumento ad un brano
– Modificare il tempo di esecuzione
– Definire l‟andamento dinamico
– Gestire più livelli di informazioni autonomi
– Trasporre una parte verso l‟acuto o verso il grave
– Etc.
Il MIDI
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
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Il MIDI (Musical Instrument Digital Interface) è il
protocollo standard per la comunicazione tra
dispositivi musicali
Un protocollo è un insieme di regole che stabilisce
attraverso quali modalità deve avvenire la
comunicazione tra dispositivi hardware o processi
software differenti
Alla base del MIDI c‟è la necessità di far comunicare
sintetizzatori musicali diversi
MIDI e livelli di rappresentazione

Il MIDI si colloca sia a livello simbolico e sia a livello
operativo
– Attraverso il MIDI è possibile rappresentare come
dati elettronici una performance musicale (n.b., non
la forma d‟onda del segnale audio)
– L‟informazione codificata dal protocollo consiste in
un‟insieme di istruzioni per un sintetizzatore che
sulla base dei dati ricevuti, si occupa della sintesi
audio
– Il MIDI permette L‟I/O tra dispositivi diversi
Comunicazione MIDI: esempio
1) Eseguiamo un brano sul un dispositivo di input MIDI
(es. la tastiera)
2) I dati esecutivi (quali tasti sono stati premuti, con
quanta forza, per quanto tempo) vengono convertiti
in forma MIDI
3) I dati MIDI vengono trasmessi, attraverso una
connessione hardware dedicata
4) I dati MIDI vengono decodificati da un altro
dispositivo MIDI (es. un sintetizzatore) che genera il
segnale audio
MIDI e sequencer
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Se i dati MIDI vengono memorizzati, possono essere modificati
attraverso procedure di editing
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Si chiama Sequencer un sistema (dispositivo fisico o software
per un calcolatore generico) di registrazione e di esecuzione
dotato di una memoria programmabile nella quale vengono
memorizzati i dati di controllo operativo alla (ri-)generazione di
eventi musicali
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Il sequencer memorizza i dati da un dispositivo di input (un
sintetizzatore ma anche la tastiera del computer), ne consente
l‟editing e (ri)-crea la performance inviando i dati al dispositivo
di esecuzione (un sintetizzatore ma anche la scheda audio del
computer)
Dati musicali e sintesi audio
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La distinzione tra dati musicali e sintesi audio
impone come limite che il controllo sul suono sia
soltanto indiretto
La qualità timbrica del suono dipende solo dal
dispositivo di esecuzione (il modulo di sintesi audio)
–
La situazione è analoga al compositore di musica: una
partitura fornisce delle istruzioni per gli esecutori, ma la
sintesi (generazione) del suono dipende dei gesti degli
esecutori stessi e dalla qualità degli strumenti usati
MIDI: tipi di informazioni
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Canali: i messaggi MIDI vengono indirizzati
attraverso specifiche „strade‟. I canali sono „indirizzi‟
dai quali i dati musicali possono essere ricevuti e ai
quali possono essere inviati. In questo modo si
differenziano i timbri del suono associando ad un
canale un determinato suono (es. uno strumento)
Tracce: è un flusso strutturato e autonomo di
messaggi MIDI
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–
–
es. brano per due pianoforti, o melodia e
accompagnamento
In genere si associa una traccia ad un canale
Il sequencer si comporta come un mixer
MIDI: tipi di informazioni (II)
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Patch: è il timbro prodotto da un generatore
– può essere una descrizione del segnale o un
singolo strumento o una combinazione di più
strumenti ed effetti
– L‟informazione è strutturata logicamente in tracce,
alle quali vengono assegnati dei canali. Ai canali
vengono assegnate le patch
Esempio:
El Amor Brujo: Danza ritual del fuego):
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Caso 1
Caso 2
Traccia 1
Traccia 2
Traccia 3
Traccia 4
Traccia 5
Traccia 1
Traccia 2
Traccia 3
Traccia 4
Traccia 5
Chan 1
Violino
Chan 5
Clarinetto
Chan 7
Pianoforte
Chan 9
Chan 1
Flauto
Violino
Chan 5
Clarinetto
Chan 7
Pianoforte
Chan 9
Flauto
MIDI: tipi di informazioni (III)
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Una nota: nel momento che si suona una nota (es. si
preme un tasto della tastiera) vengono codificate le
seguenti informazioni
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–
–
Nota on/nota off
Velocity: fa riferimento al tempo tra l‟istante in cui il tasto è
stato premuto e l‟istante in cui viene rilasciato (n.b. non è il
volume anche se influisce sull‟ampiezza del suono)
Pitch (o altezza della nota): sono a disposizione 128 valori
che codificano le note (nel senso intuitivo tradizionale)
Aftertouch: codifica informazioni sulla pressione del tasto
(es. il vibrato)