La codifica della musica

La trasmissione della musica necessita di una grande quantità di informazione, sopratutto se paragonata alla trasmissione della voce.
Il nostro orecchio percepisce frequenze fino a circa 20.000 Hz, per questo è necessario memorizzare tutta l'informazione nella banda compresa tra 0 e 20.000 Hz.
Per una riproduzione sonora di qualità, oggigiorno, viene usata una frequenza di campionamento di 44.100 Hz, che permette di codificare tutta l'informazione fino a circa 22.000 Hz.
Ogni campione è rappresentato su 16 bit e vi sono due campioni, uno per ogni canale stereofonico, e servono quindi un totale di 32 bit. Pertanto 10 secondi di musica richiedono circa la bellezza di 1,7 milioni di byte!
Per ridurre la quantità di bit necessaria a trasmettere un brano musicale sono state introdotte diverse codifiche.

MP3

MP3 (acronimo di MPEG Layer 3) è la codifica più nota e utilizzata per audio. Essa consiste nel suddividere la sequenza sonora in piccoli intervalli e analizzarli singolarmente per derivare le frequenze che lo compongono, scartando le frequenze meno percepite dall'orecchio umano.
Questo permette una compressione dello spazio utilizzato dell'ordine di 1 a 10.

MIDI

Il sistema MIDI (Musical Instrument Digital Interface) codifica una sequenza sonora mediante le note musicali, definendo anche il timbro, il vibrato e il tono. Oggi viene utilizzato principalmente dai sintetizzatori musicali, videogiochi e pagine web.

Pentagramma

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Riferimenti bibliografici:
Capire l'informatica, dal microprocessore al Web 2.0, scritto da Mezzalama e Piccolo

La codifica della voce

Come trasformare la voce umana in codice binario così da poter essere trasmesso attraverso dispositivi elettronici?

Pulse Code Modulation (PCM)

Questa tecnica fu introdotta nel sistema telefonico con l'avvento delle centrali digitali o numeriche. Il segnale vocale è campionato 8000 volte al secondo e ogni campione codificato su 8 bit.
La trasmissione di una telefonata richiede pertanto un canale trasmissivo con capacità pari a 64.000 bit al secondo.
Una sua variante è l'ADPCM, che oggi usiamo nelle trasmissioni telefoniche su rete internet secondo la tecnologia "Voice over IP".


Code Excited Linear Prediction (CELP)

Questa tecnica è invece utilizzata nei sistemi di telefonia mobile GSM. Permette una buona intelligibilità anche con velocità di 10kbps.

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Riferimenti bibliografici:
Capire l'informatica, dal microprocessore al Web 2.0, scritto da Mezzalama e Piccolo

Il suono della pandemia - STEP#11

Chissà che suono ha il COVID-19...

Ha il suono delle sirene che si dileguano...

Ha il suono del megafono del camioncino della protezione civile, in lontananza, che grida: "Rimanete a casa", accompagnato dal brivido degli ascoltatori,

Dei rintocchi di campane che come un canto scendono nella città muta e senza vita,

Degli appelli alla calma in tivù,

Delle voci sintetizzate provenienti dal pc o dal cellulare, di persone sentite vicine e lontane...

Ha il suono dell'inno d'Italia,

Di melodie contro la paura, cantate sui balconi per sentirsi più vicini.

Nel link c'è il video di uno dei tanti Flash Mob sui balconi accaduti in questo periodo, avvenuto a Roma, in cui si canta "Volare" di Modugno:

https://youmedia.fanpage.it/video/aa/Xm-_L-SwTNN4zeja

La musica del COVID-19 per la scienza

Alcuni scienziati, tra cui Markus Buehler, professore di ingegneria al Massachusetts Institute of Technology (Mit), hanno tradotto in musica il Covid-19 tramite la sonificazione. Essa consiste nell'esaminare le sequenze di amminoacidi che compongono la catena proteica del virus e riprodurle fisicamente assegnando loro suoni, ritmi e vibrazioni. 

Nel link la musica che hanno sintetizzato:

https://video.corriere.it/esteri/gli-scienziati-mit-hanno-tradotto-musica-covid-19/b5fe656c-8409-11ea-ba93-4507318dbf14

100110010...il suono in codice binario

I computer parlano il linguaggio binario, perciò anche un suono, sia esso voce umana o musica, sarà rappresentato in forma digitale da una sequenza di bit.

Come passare da un suono a un codice binario?
Per "inserirlo" nel calcolatore dobbiamo elaborare le onde di compressione del mezzo tramite le quali il suono si propaga e quindi tradurre queste onde in un segnale elettrico. La funzione di traduzione è svolta dal microfono (1876): esso traduce una
grandezza fisica in un equivalente segnale elettrico tramite dei sensori(o trasduttori). I sensori generano una tensione che viene poi convertita in linguaggio binario tramite convertitori anologico-digitali (convertitori A/D).
La conversione avviene tramite il campionamento (sampling): il calcolo dei valori numerici del segnale ad intervalli di tempo prefissati. Il singolo valore è chiamato campione ed è espresso in binario.
Così come i numeri di macchina, anche i suoni espressi in binario sono affetti da errori, derivanti dal numero finito di bit con cui li esprimiamo. Nelle comuni applicazioni si usano 8, 12 o 16 bit.
Un'altra componente che può portare ad approssimazioni indesiderate è il periodo di campionamento, cioè l'intervallo di tempo che intercorre ogni campione, e il suo inverso, la frequenza di campionamento, cioè quante volte al secondo il convertitore A/D calcola il valore del segnale.
Quest'ultima deve essere almeno 2 volte maggiore della più alta frequenza di un suono per conservare tutta l'informazione presente nella grandezza fisica(teoria dell'ingegnere Harry Nyquist).

esempio di sampling di un'onda sonora

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Riferimenti bibliografici:
Capire l'informatica, dal microprocessore al web 2.0, di Marco Mezzalama e Elio Piccolo

Il suono dell'universo

L’Universo non è uno spazio silenzioso. L'universo ha una colonna sonora, e quella colonna sonora viene suonata dallo spazio stesso, perché lo spazio può vibrare come un tamburo. La NASA è ora in grado di captare i suoi fischi, o meglio, il “suono” delle particelle che sono state ascoltate grazie alle sonde Van Allen.

Nel link l'audio registrato dalle sonde: https://video.virgilio.it/guarda-video/la-nasa-ha-svelato-i-suoni-piu-inquietanti-delluniverso_bc5644159339001

Nel link Janna Levin (TED) descrive scientificamente le origini di questi suoni:
https://www.ted.com/talks/janna_levin_the_sound_the_universe_makes/transcript?language=it#t-50615


Riferimenti bibliografici:
http://www.blueplanetheart.it/2017/08/la-nasa-puo-ascoltare-suoni-delluniverso/

Il suono nel cinema - STEP#10

Touch the sound

Touch the Sound: A Sound Journey con Evelyn Glennie è un documentario tedesco del 2004 sulla percussionista classica scozzese sorda Evelyn Glennie. Nel film Glennie, che ha vinto un Grammy Award nel 1989, collabora con il musicista inglese Fred Frith e spiega come percepisce il suono.

Con rumore segreto

Con rumore segreto, realizzato da Marcel Duchamp nel 1916.
L'opera consiste in un gomitolo di spago serrato da due lastre di ottone fissate. Il titolo allude a una bizzarria dell'artista che ha chiesto a un amico collezionista che nascondesse qualcosa, a sua insaputa, all'interno del gomitolo. Per questo motivo, scuotendo il ready-made, si ode un misterioso tintinnio: il rumore segreto, appunto. E nessuno saprà mai se il suono è generato da un semplice bullone o da un prezioso diamante...

Riferimenti bibliografici:
Il Cricco Di Teodoro, Itinerario nell'arte, Dall'Art Nouveau ai giorni nostri, Terza edizione, versione gialla