ATTIVITA’ DELLA SMPTE ITALIAN SECTION

Giornata di studio "L’Audio, questo misconosciuto", 22 Febbraio 2005, Roma - Aula Magna del Ministero delle Comunicazioni – viale Europa 90

La Giornata è stata organizzata su tre Sessioni Interventi (due alla mattina ed una al pomeriggio), che hanno annoverato un folto gruppo di specialisti, e si è conchiusa con una Tavola Rotonda alla quale hanno partecipato esponenti del mondo industriale del settore. La grande Aula Magna del Ministero delle Comunicazioni era affollata da un pubblico attento che ha seguito la varie relazioni e la discussione seguente con grande partecipazione.

- 9.00 Benvenuto ed Introduzione alla giornata: - L. Franchina, Direttore ISCTI; G. Vannucchi, Presidente AICT; G. Berlinghini, Presidente AES-Italian Section; F. Visintin, Presidente SMPTE-Italian Section

- 9.30 Sessione interventi (prima parte), Chairman: G. Berlinghini; AES-Italian Section

• "La natura, gli effetti, i problemi e le soluzioni per l’audio di qualità", S. Morello; AES-Italian Section
• "Le moderne tecniche di acquisizione, registrazione e riproduzione del suono", F. Petitta; AES, Radio Vaticana
• "La compressione digitale dell’audio di qualità, storia ed attuale stato dell’arte", J. C. De Martin; IEIIT-CNRffè

- 11.30 Sessione interventi (seconda parte): Chairman: F. Visintin; SMPTE - Italian Section

• "Il progresso dell’Audio Digitale: applicazione ed opportunità nell’odierno Cinema Digitale ed HDTV e relativi processi di standardizzazione", A. D’Alessio; SMPTE International Director
• "Evoluzioni nelle applicazioni delle tecniche audio multicanali: dal D-Cinema ad HDTV ed Home-Video", F. Savina; SMPTE, Centro Sperimentale Cinematografia
• "Moderne tecniche di progettazione acustica per ambienti confinati", A. Surace; Studio Ing. Acustica Brugola

- 13.00 Dibattito - 14.15 Sessione interventi (terza parte): Chairman: G. Vannucchi; AICT

• "Archivi audio ed audio-visivi digitali: lo stato dell’arte", B. Scaramucci; Rai Teche
• "Diffusione audio digitale: lo stato dell’arte", S. Ciccotti; Rai Way
• "Il "Digital Right Management" (DRM) e gli utenti: trovare il punto di incontro", L. Chiariglione; Digital Media Strategist

- 15.45 Tavola rotonda:"La casa del futuro: standard di qualità per il consumo domestico degli audiovisivi"
   Moderatore: M. Pellegrinato; Mediase. Partecipanti: R.Alberti, MarinaStudios; M. Brugola; Studio Ingegneria Acustica; F. Di Chio, Mediaste, G. Elia, Telecom Italia Lab, M. Ghislandi, Sony G. Giardina; AF Digitale; A. Papini, Microcinema

- 17.15 Dibattito

Come promesso, iniziamo da questo numero del nostro Bollettino a pubblicare i sommari delle relazioni presentate, iniziando da quella dell’ing. Morello.

"LA NATURA, GLI EFFETTI, I PROBLEMI E LE SOLUZIONI PER L’AUDIO DI QUALITÀ", Salvatore Morello, AES-Italian Section .

Una ideale catena del suono parte dalla sua generazione e dalla conoscenza della relativa percezione umana (orecchio e cervello), per proseguire con il trasporto delle informazioni sonore sotto forma di segnale elettrico (audio) e giungere infine alla sua riproduzione, in modo efficiente, nel particolare ambiente d’ascolto. L’obiettivo primario è quello di riprodurre il suono in modo che esso possa essere ascoltato come se fosse effettivamente generato nel luogo di fruizione (che deve duplicare, per quanto possibile, caratteristiche acustiche simili all’originale). L’audio di qualità rappresenta quindi l’oggetto che ha preoccupato generazioni di tecnici e di appassionati, impegnati nell’utopia di simulare alla perfezione le condizioni di partenza, di rendere cioè totalmente trasparente la catena di trasmissione, per non modificare in alcun modo la comunicazione.

UN BREVE "RIPASSO" SULLA NATURA DEL SUONO. Un qualsiasi oggetto, di qualunque forma, sostanza e dimensione, posto non nel vuoto, entro un "mezzo" fisico fluido o solido, se sollecitato a spostarsi dalla sua posizione di riposo, impegna l’energia ricevuta per vincere la resistenza delle molecole del mezzo circostante, che devono così raddensarsi, per lasciare "libero" lo spazio necessario affinché l’oggetto occupi la nuova posizione. Nel mezzo si innesca così una compressione nella direzione del movimento dell’oggetto. Tale cessione di energia cinetica avviene con una piccola perdita (sotto forma d’energia termica), dipendente dalle caratteristiche elastiche del mezzo, che determina una attenuazione. Lo spazio lasciato libero dall’oggetto produce inoltre il rarefarsi delle molecole del mezzo ad esso adiacenti dall’altra parte, anche qui con scambio, in perdita, d’energia cinetica, determinando ciò una depressione. L’oggetto, cessata l’energia conferita, raggiunge il massimo di spostamento (elongazione) e quindi inverte il suo moto, per ritornare nella posizione di riposo iniziale: il fenomeno si ripete identico, ma con segno opposto, e quindi nella zona del mezzo dove s’è verificata la compressione si determina ora una rarefazione e viceversa: cioè s’instaura un movimento altalenante, d’ampiezza via via decrescente per effetto delle perdite progressive. Anche la propagazione s’arresta, quando tutta l’energia impressa all’inizio s’esaurisce: si verifica, cioè, un’onda di pressione impulsiva. Se, invece, al primo impulso d’energia ne seguono altri con una certa frequenza nel tempo, si stabilisce un moto oscillante, che produce nel mezzo interessato un’onda di pressione continua: ogni elemento dello spazio circostante oscillerà intorno alla sua posizione di riposo iniziale, portando sempre più avanti la perturbazione. In sintesi, se una sorgente (poniamo sferica) vibra con regolarità (cioè si dilata e si contrae alternativamente) in un mezzo, a partire da essa si propaga in tutte le direzioni un’onda (sferica) di pressione.

Considerando una qualunque direzione, si evidenzia una distribuzione sinoidale dei valori della pressione: il picco massimo raggiunto in un punto si chiama ampiezza, la minima distanza fra due punti che si trovano entrambi al picco si chiama lunghezza d’onda. La velocità con cui la perturbazione si sposta nel mezzo, a partire dalla sorgente, si chiama velocità di propagazione e dipende dalle caratteristiche elastiche del mezzo. Se ci riferiamo all’evoluzione del fenomeno nel tempo in un dato punto, si definisce periodo il tempo necessario a che in quel punto si svolga un ciclo completo d’oscillazione. L’inverso del periodo, cioè il numero di cicli che si susseguono in un dato punto nell’unità di tempo, si chiama frequenza. Pertanto, velocità di propagazione, lunghezza d’onda, periodo, frequenza sono grandezze tutte correlate da rapporti di proporzione diretta o inversa. Il fenomeno nel suo complesso è quadridimensionale, perché varia in tutte e tre le direzioni dello spazio ed in più anche nel tempo.

Concludiamo questo breve ripasso, ricordando che, come per tutte le onde che si propagano nello spazio, valgono anche qui i fenomeni della riflessione, rifrazione, diffrazione, assorbimento, risonanza, interferenza e battimento. Le onde descritte, quando generate nell’aria da corpi vibranti, se colpiscono il nostro orecchio, vi inducono una sollecitazione che, entro un certo intervallo di frequenze e di ampiezze, produce negli esseri viventi una percezione: il suono. Nella realtà, il fenomeno non è praticamente mai sinoidale, ma molto più complesso, quindi la forma dell’onda è profondamente frastagliata e variabile nel tempo: tuttavia, per il suo studio, ci viene in soccorso la matematica, con l’analisi di Fourier, che dimostra come un’onda complessa possa essere rappresentata dalla somma di onde sinoidali, le cui frequenze siano in rapporto armonico (multiple tutte di una fra esse, chiamata fondamentale): tale insieme di armoniche costituiscono lo spettro del suono. Si apre così il regno dell’acustica, che, in senso lato, comprende lo studio della fisica del suono e della fisiologia dell’apparato uditivo, cioè il sistema con cui gli esseri viventi catturano il suono con i propri organi di senso e lo trasformano in percezione. In acustica, con riferimento alle sensazioni sonore prodotte, l’ampiezza dell’onda e l’energia ad essa associata determinano l’intensità del suono, la frequenza ne indica l’altezza, la forma dell’onda identifica il timbro, mentre la durata si chiama tempo.

UNA BREVE CARRELLATA SULLA FISIOLOGIA DELL’APPARATO UDITIVO UMANO. L’organo che ci consente di prelevare i suoni dall’ambiente, convogliarli e trasformarli in impulsi nervosi, capaci di accedere al nostro cervello per stimolare una sensazione, è l’orecchio. Esso viene idealmente suddiviso in tre blocchi in cascata: l’orecchio esterno, quello medio e quello interno.

L’orecchio esterno: il padiglione preleva il suono dall’ambiente e, grazie alla riflessione ed alla diffrazione, lo convoglia nel canale uditivo verso il timpano, membrana, che, così sollecitata a vibrare a sua volta con gli stessi parametri dell’onda incidente, si trasforma in sorgente verso l’interno, entrando anche in gioco l’effetto della rifrazione.

L’orecchio medio: è una catena cinematica d’ossicini (i più piccoli del nostro corpo), che hanno il compito d’intensificare l’energia associata e adattare il sistema, per massimizzare l’efficienza del processo di trasmissione dall’esterno all’interno. Nell’orecchio medio c’è aria, che viene mantenuta alla stessa pressione dell’aria esterna, grazie alla tuba d’Eustachio, cioè ad un canalino a sezione crescente che sbocca nella parte posteriore della gola: il timpano può così vibrare liberamente, avendo pari pressione sulle sue due facce.

L’orecchio interno: organo molto complesso, ancorché di ridotte dimensioni, formato dai canali semicircolari (sistema di tubicini chiusi, contenenti liquido e cellule sensoriali, ed orientati circa secondo i tre assi cartesiani: il loro compito è quello di contribuire alla gestione dell’equilibrio di postura del nostro corpo esssendo sensibili al movimento ed alla posizione della testa) , dalla coclea (simile al guscio di una lumaca, è incassata all’interno dell’osso temporale, l’osso più duro del nostro cranio ed è formata da circa 2,5 spirali contenenti 3 compartimenti, pieni di fluido; al suo interno vi è l’Organo del Coltri, organo sensorio dell’udito) e dal nervo coclearie (nervo acustico che trasmette al cervello i segnali generati dall’organo del Coltri).

Nell’organo del Coltri si trovano migliaia di cellule ciliate, collegate al nervo acustico e sensibili alle diverse frequenze dei suoni. Le vibrazioni sonore, pervenendo alla coclea dall’orecchio medio, provocano una trasmissione ad onda attraverso il fluido dell’organo uditivo che fa muovere la membrana basilare alla quale sono attaccate le cellule ciliate. Queste, così sollecitate, generano dei segnali elettrochimici, i quali, attraverso il nervo coclreare, arrivano al cervello, dove sono riconosciuti come suoni.

Le cellule ciliate sono sintonizzate su frequenze specifiche: quelle situate alla base della coclea, infatti, rispondono meglio ai suoni ad alta frequenza. Questa sintonia è ulteriormente raffinata dall’attività delle cellule ciliate esterne e procede verso  le frequenze più basse, man mano che ci si avvicina all’interno della coclea. In sostanza, il sistema esegue una scansione in funzione della frequenza, per ricostruire lo spettro del segnale acustico.

L’effetto spaziale: La presenza dei due orecchi ai lati del capo consente di far giungere al cervello due immagini lievemente diverse dello stesso suono, per effetto del differente percorso compiuto dall’onda sonora, che, investendo la nostra testa, imbocca i due padiglioni con angolazioni e ritardi differenti, secondo la direzione di provenienza. Ciascun orecchio percepisce quindi minime differenze d’intensità, di fase, ed anche di timbro: il cervello, integrando le due informazioni, ottiene così un’immagine complessiva stereofonica, cioè virtualmente tridimensionale.

Campo di funzionamento del sistema auditivo: Nella media, l’orecchio umano è in grado di percepire suoni di frequenze comprese fra 20 Hz e 20 kHz, di coglierne la differenza anche di 1 Hz, d’intensità che coprono un amplissimo intervallo pari a 120 dB, di durata minima dell’ordine di 1 millisecondo. Queste caratteristiche così prodigiosamente spinte ci danno subito il senso della difficoltà della simulazione dell’orecchio, con sistemi artificiali di ripresa del suono.

(segue nel prossimo bollettino)

SMPTE – Bollettino della Sezione Italia

c/o Franco Visintin

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