Figura 640.1. Se l'asse orizzontale rappresenta il tempo in millesimi di secondo (simbolo: «ms»), il disegno rappresenta un'oscillazione alla frequenza di 2 000 cicli al secondo, ovvero 2 000 Hz.
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Esistono alcuni concetti generali che riguardano i vari formati audio digitali, da conoscere, almeno superficialmente, per poter comprendere il significato delle funzioni dei programmi che generano o elaborano tali formati.
Si può considerare ogni tipo di suono come la somma di vibrazioni, ognuna con una propria frequenza di oscillazione e ampiezza. Per gestire il suono in modo elettrico, questo viene trasformato (analogicamente) in un segnale elettrico che oscilla riproducendo le stesse frequenze e un'ampiezza proporzionale tra le varie vibrazioni. Un suono si può rappresentare in un piano cartesiano, mettendo normalmente nell'asse orizzontale il tempo e in quello verticale la variazione di ciò che ne rappresenta il mezzo trasmissivo: la pressione dell'aria o il livello del segnale elettrico.
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Figura 640.1. Se l'asse orizzontale rappresenta il tempo in millesimi di secondo (simbolo: «ms»), il disegno rappresenta un'oscillazione alla frequenza di 2 000 cicli al secondo, ovvero 2 000 Hz.
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Figura 640.2. Comparazione tra due vibrazioni: la prima alla frequenza di 2 000 Hz, la seconda alla frequenza di 7 000 Hz, con un'ampiezza pari alla metà del prima.
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Figura 640.3. Suono composto da due vibrazioni: la prima alla frequenza di 2 000 Hz, la seconda alla frequenza di 7 000 Hz, con un'ampiezza pari alla metà del prima.
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Per poter rappresentare il suono in forma digitale (ovvero in forma numerica), occorre fare una semplificazione, che comporta la suddivisione del tempo in segmenti abbastanza piccoli, all'interno dei quali si va a misurare il livello dell'intensità di ciò che trasmette il suono (di solito si tratta del livello del segnale elettrico). In pratica, è come ridurre un diagramma continuo, in un istogramma che ne approssima la forma. Questo procedimento è la campionatura (sampling).
La campionatura digitale si misura in quantità di campioni prelevati al secondo, pertanto si misura in hertz (simbolo: «Hz»).
Si comprende intuitivamente che la riproduzione di un suono digitalizzato comporta la ricostruzione di una vibrazione ottenuta per interpolazione dei valori dei vari campioni; di conseguenza: maggiore è la frequenza di campionamento (sampling rate), migliore è la qualità della riproduzione che si può ottenere; inoltre, maggiore è la precisione del campione, migliore è la qualità del suono.
Sul piano teorico, si afferma che la frequenza massima che si vuole poter riprodurre richiede una frequenza di campionamento maggiore del doppio di questa. Per esempio, per riprodurre vibrazioni fino a 20 000 Hz occorre una frequenza di campionamento superiore a 40 000 Hz.
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Figura 640.4. A sinistra: campionatura con valori numerici che possono essere sia positivi, sia negativi. A destra: campionatura con valori numerici che possono essere solo positivi.
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I formati dei file audio non compressi, sono di tanti tipi, dove in particolare vanno considerate le caratteristiche dei campioni stessi. La tabella 640.5 descrive brevemente le caratteristiche di un file del genere.
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Tabella 640.5. Caratteristiche di un file audio.
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Una registrazione audio di qualità equivalente a quella dei CD audio è fatta a campioni di 16 bit, a una frequenza di 44 100 Hz; per arrivare al livello di un DAT (Digital audio tape) si passa a una frequenza di campionamento di 48 000 Hz. Pertanto, un secondo di registrazione a qualità CD, in stereofonia, comporta l'utilizzo di 2·16·44 100 = 1 411 200 bit, pari a 176 400 byte; così, un secondo di registrazione a qualità DAT, in stereofonia, comporta l'impiego di 192 000 byte.
È importante sottolineare la differenza che c'è tra un file audio con intestazione, rispetto a quello che non ne è provvisto: quando si passa un file audio grezzo a un programma che deve eseguirlo o elaborarlo, occorre specificare al programma tutte le caratteristiche del file, perché non può determinarle automaticamente. In particolare, occorre fare attenzione quando si trasferisce un file del genere da un'architettura a un'altra, dove nel passaggio può cambiare l'ordine dei byte.
Dopo la campionatura di un'informazione sonora, è possibile applicare delle tecniche per ridurre le dimensioni dei dati, ovvero per ottenerne la compressione. Si distinguono due situazioni: la compressione senza perdita che consente la ricostruzione dei campioni originali, rispetto a una compressione con perdita di informazioni. I formati audio compressi sono diversi e si distinguono per l'algoritmo di compressione.
Nella realizzazione di un file audio compresso si stabilisce un parametro in più rispetto ai file non compressi: il flusso massimo di dati per unità di tempo, noto come bit rate. Naturalmente, maggiore è questo valore, migliore è la qualità del suono riprodotto. Generalmente, si ottiene una buona qualità di registrazione stereofonica con un tasso del flusso di dati di 128 kbit/s. In fase di creazione di un file audio di questo tipo, si può stabilire che il tasso del flusso di dati sia costante o variabile (nel secondo caso si parla di variable bit rate e si usa la sigla «VBR»); in particolare, in caso di tasso variabile potrebbe essere stabilito un valore medio o un intervallo di valori da rispettare.
Un file audio compresso, può limitarsi a contenere l'informazione sonora per la quale è stato realizzato, oppure può essere inserito in un «contenitore» (container), che consente l'inserimento di informazioni addizionali. Per esempio, il formato compresso Vorbis è contenuto normalmente in un formato Ogg, da cui il nome Ogg Vorbis. Per la stessa ragione, esiste un formato FLAC (normale) e un formato Ogg FLAC (FLAC contenuto in Ogg. Nel caso di MP3, il nome è ambiguo, perché può fare riferimento al contenitore o al contenuto audio compresso.
Un file MP3 può includere delle informazioni importanti sul suo contenuto, oltre a ciò che è indispensabile per la riproduzione (come per esempio l'informazione sulla frequenza di campionamento). In generale, conviene stabilire questi dati nella fase di codifica del file stesso, mentre una parte di questi può essere modificata anche dopo.
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Tabella 640.6. Informazioni comuni che possono essere inserite in un file MP3.
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Tabella 640.7. Genere, secondo lo standard ID3.
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Le informazioni più voluminose, come il titolo e le altre stringhe di testo, vanno aggiunte in coda al file MP3. Il modo in cui questi dati vengono segnalati nel file dipende da standard differenti che nel tempo sono stati aggiornati. In questo senso, alcuni programmi non aggiornati potrebbero anche non essere in grado di leggere ciò che viene scritto con standard più recenti.
Anche il contenitore Ogg consente l'inserimento di informazioni addizionali; in particolare un'intestazione composta da campi individuati da nomi. Non esistono campi descrittivi obbligatori e campi con lo stesso nome possono apparire più di una volta (per esempio nel caso dell'indicazione di più di un autore). La documentazione di Ogg propone uno standard nell'utilizzo dei campi descrittivi e in particolare vale la pena di considerare quelli seguenti:
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Si può osservare in questo caso che non è stata prevista una classificazione preliminare dei generi.
Appunti di informatica libera 2007.02 --- Copyright © 2000-2007 Daniele Giacomini -- <daniele (ad) swlibero·org>
Dovrebbe essere possibile fare riferimento a questa pagina anche con il nome concetti_generali_sui_formati_audio_digitali.htm
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