TECNOLOGIE DI COMPRESSIONE AUDIO - Matematicamente.it

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È perciò possibile ridurre lo spazio occupato dal file andando ad agire sugli effetti che questo provoca sul nostro orecchio. Questo processo è stato sviluppato secondo metodologie e interpretazioni diverse. I principi sui quali si basano le più importanti ricerche in campo di compressione sono le seguenti: 24 Frequenze. L'orecchio umano è in grado di recepire ed interpretare suoni di frequenza compresa fra 16- 20 Hz e 16-20 kHz. Suoni la cui frequenza è fuori da questo intervallo non sono percepibili. Da ciò segue che ogni suono che abbia frequenza al di fuori da questo intervallo è inutile ai fini dell'ascolto. Questo principio non è però così esatto, in quanto non tutte le onde sonore hanno una funzione esclusivamente percettiva: spesso alcuni suoni armonizzano altri suoni o fanno parte del timbro di altre onde sonore, per cui, anche se non direttamente udibili dall'uomo, contribuiscono alla qualità complessiva del flusso. Fig. 13: Frequenze dei diversi tipi di suoni. [Sanpaolo.it] Mascheramento. Alcuni suoni vengono mascherati durante il processo di ascolto. Questo fenomeno è dovuto alla forma dell'onda sonora: picchi di intensità particolarmente accentuata provocano il maschermento di suoni di intensità minore che seguono immediatamente i picchi. Ci sono diversi tipi di mascheramento, tra cui il pre-mascheramento e il post-mascheramento. Differenze fra suoni. Un'onda sonora si può convertire facilmente in una serie di valori numerici relativi ai singoli istanti di esecuzione. Ogni singolo “pezzettino” di onda audio può essere quindi visto come uguale al precedente, tranne che per una piccola parte che rappresenta la loro differenza. È quindi possibile considerare ogni parte del brano come una parte campione “modificata di un pezzettino”. [vedi:Sezione 2.6] Altri fenomeni acustici contribuiscono alla compressione in maniera meno significativa rispetto a quelli appena descritti, e sono utilizzati in modo più o meno rilevante a seconda dello scopo della compressione. 2.4 Psicoacustica Con il termine psicoacustica si intende tutto l'insieme dei processi fisiologici e psicologici che intervengono nella percezione uditiva umana. Grazie allo studi di psicoacustica è stato possibile, nel corso degli anni, creare una serie di modelli a cui fare riferimento per la creazione di compressori audio funzionali, e si sono definite le soglie di udibilità dei diversi suoni. Per soglia di udibilità si intende genericamente il valore minimo di intensità di stimolazione necessaria perché si verifichi una certa risposta biologica o psicologica. [Ube83] La psicoacustica studia principalmente i fenomeni sonori facendo riferimento alle loro frequenze, alle proprietà fisiche del suono nel mezzo materiale in cui si propaga e alle caratteristiche biologiche dell'ascoltatore (nel nostro caso, dell'orecchio umano). Questi studi confluiscono nelle varie tecniche di compressione audio che, al loro interno,
contengono diversi modelli psicoacustici. I compressori audio più avanzati, infatti, sfruttano questi modelli per eliminare tutti quei suoni che l'orecchio umano non è in grado di percepire; senza gli studi di psicoacustica che hanno portato alla creazione dei modelli, oggi non avremmo a disposizione le tecnologie di compressione audio e, senza di queste, non potremmo sfruttare tutti gli strumenti tecnologici che ne fanno uso. 2.5 Gli effetti di mascheramento Tra i fenomeni sfruttati per comprimere un suono, quelli di maggiore importanza sono i cosiddetti effetti di mascheramento. Basati sulla fisiologia dell'orecchio umano e sulle caratteristiche fisiche del suono, questi fenomeni fanno si che la percezione che abbiamo di un suono emesso da una sorgente non sia esattamente identica al suono stesso. Questi fenomeni sono causati dalla natura stessa del suono, o dalle componenti spettrali di cui è composto. Infatti, non è detto che un uditore, anche attento, riesca a percepite un suono proveniente dall’ambiente circostante nella sua piena interezza, perché alcune parti di questo suono potrebbero mascherarne altre, quelle più deboli. Un esempio molto utile per dare un'idea di questi fenomeni è quello di stare per qualche secondo vicini ad una cascata abbastanza grossa. Il rumore dell'acqua che cade con violenza coprirebbe qualsiasi voce presente nei paraggi non sufficientemente forte per essere udita. Questo fenomeno è l'effetto del mascheramento in frequenza, a causa del quale componenti spettrali di debole intensità e distanti anche qualche centinaio di Hz da suoni molto più intensi non vengono percepite e risultano, quindi, mascherate. Fig. 17: Mascheramento temporale. Come varia la zona di mascheramento prodotta da un suono forte.[Ben-Giu] Fig. 14: Soglia di udibilità, infrasuoni ed ultrasuoni: zone di percezione e non percezione audio. [QCP.it] Fig. 16: Mascheramento in frequenza. Componenti spettrali di una certa intensità mascherano componenti più deboli. [Lithium.it] Fig. 15: Mascheramento in frequenza. Suoni particolarmente intensi mascherano suoni più deboli anche distanti. [Ben-Giu] Un altro tipo di mascheramento è il cosiddetto mascheramento temporale, e si basa sulla fisiologia del timpano. Come si è già analizzato nel primo capitolo, la membrana del timpano, dopo essere stata sollecitata da un suono piuttosto forte, impiega un certo periodo di tempo per tornare allo stato di riposo. In questo periodo di tempo, come reagisce a nuovi stimoli? Alcuni studi hanno dimostrato che dopo la 25
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