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Il blog dell'Ingegneria del suono - Capitolo 18. Audio Digitale pronto per essere memorizzato. Al campione successivo il circuito viene azzerato e il procedimento ricomincia. 18.5. Fisica ideale e fisica reale Durante le disquisizioni puramente teoriche si fa spesso riferimento a condizioni ideali che aiutano a semplificare il contesto al fine di renderlo più comprensibile. Tuttavia occorre sempre tenere presenti i limiti fisici imposti dalla realtà. Per esempio andando a considerare un'onda quadra [Onda quadra] , finché ci manteniamo nel camnpo teorico ha senso descriverne l'andamento come una serie di rettangoli. Tuttavia non è fisicamente possibile generare una tensione con transizioni istantanee come quelle presentate da un rettangolo. Più verosimilmente, la transizione avverrà in modo molto rapido ma non istantaneo. La figura seguente mostra l'andamento dell'onda quadra utilizzata nell'esempio sonoro in cui è evidende la differenza tra caso ideale e caso reale: Onda quadra "reale" 18.6. Sovracampionamento Oversampling http://audiosonica.blog.excite.it/permalink/60437 (13 di 17)14/09/2004 22.47.01 Abbiamo visto come, prima di campionare un segnale, sia necessario farlo passare attraverso un filtro (che nel caso del segnale audio ha una banda di 40KHz). Ciò impedisce che siano presenti frequenze di aliasing quando a partire dai campioni, viene rigenerato il segnale analogico. Idealmente tale filtro dovrebbe essere un rettangolo e dunque avere sui due lati pendenza infinita [Pendenza] ma come abbiamo appena visto ciò non è possibile nella realtà, dunque avrà una
Il blog dell'Ingegneria del suono - Capitolo 18. Audio Digitale http://audiosonica.blog.excite.it/permalink/60437 (14 di 17)14/09/2004 22.47.01 pendenza elevata il più possibile ma non infinita, per evitare di comprendere nel segnale filtrato troppe frequenze che superano la soglia dei 20KHz. Questo fatto ha diverse implicazioni. La prima è che sicuramente realizzare filtro con una tale pendenza risulta più costoso. La seconda è un'implicazione di ordine fisico. Per averne un'idea ricorriamo ad una descrizione empirica del fenomeno. Immaginiamo il segnale come composto di elettroni i quali vengono fermati dal filtro passa-basso se sono troppo veloci (se la frequenza del segnale supera la frequenza di taglio del filtro). L'impatto degli elettroni con una barriera così ripida può generare degli andamenti disordinati degli elettroni che vengono percepiti nella banda dell'udibile come fischi alle alte frequenze. La soluzione consiste nell'adottare filtri con pendenze meno ripide in modo da offrire un fronte più 'dolce' agli elettroni che impattano il filtro. Tuttavia una pendenza più dolce sposta inevitabilemnte la frequenza di taglio a destra includendo nel segnale anche frequenze esterne alla banda udibile (dunque ritornerebbe il problema delle frequenze di aliasing). Si ricorre allora al sovracampionamento ossia il segnale audio viene campionato ad una frequnenza maggiore della classica 44.1KHz. Nella figura seguente vediamo il confronto tra un filtro applicato ad un segnale campionato normalmente e uno sovracampionato: Esempio di sovracampionamento Vediamo come un segnale di banda 20KHz venga filtrato da un filtro con frequenza di taglio pari a 22KHz e campionato ad una frequenza di 44.1KHz. Adottando un sovracampionamento quadruplo, cioe' adottando una frequenza di campionamento pari a 4x44.1KHz pari a 176.4KHz si può utilizzare un filtro antialiasing con una pendenza molto più dolce. Questa operazione, come si vede, ha come risultato quello di spostare il fenomeno di fischio in un range di frequenze attorno alla nuova frequenza di taglio che si trova ben al di là della soglia dell'udibile. In questo modo il fenomeno resta presente ma, non essendo udibile dall'orecchio umano, è come se fosse stato rimosso. La terza importante implicazione del sovracampionamento consiste nella riduzione dell'errore di quantizzazione. Anche in questo caso, essendo molto maggiore la banda del segnale che consideriamo, il rumore di quantizzazione (presente su tutta la banda del segnale) che è sempre lo stesso, viene distribuito uniformemente su tutta la nuova banda che risulta più larga della banda del segnale iniziale (in particolare nel
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