La digitalizzazione della musica: Dall’onda fisica al segnale elettrico

La digitalizzazione della musica: Dall’onda fisica al segnale elettrico

La digitalizzazione della musica

Il suono che noi percepiamo consiste in onde fisiche, solitamente propagate attraverso l’aria, che fanno vibrare la membrana presente nelle nostre orecchie. In quanto onde, queste possono essere trasformate in un segnale analogico di natura elettrica. Ora, questo segnale sarebbe un flusso continuo, di frequenza variabile e di valori reali. Un input di tale genere non sarebbe elaborabile da un computer, poiché questo comprende solamente informazioni codificate in un linguaggio binario di tipo acceso/spento. Qui entra in gioco il campionamento digitale, ovvero un procedimento che trasforma un’onda sonora in un flusso discreto di informazioni codificabili tramite il linguaggio binario.

Il campionamento digitale è composto di tre fasi fondamentali (digitalizzazione della musica): sono il campionamento vero e proprio; la quantizzazione dei campioni, per far assumere loro non più valori reali, non interpretabili, ma valori discreti ben definiti; e infine la loro codifica in codice binario. A regolare questo procedimento vi è un teorema vero e proprio, il teorema di Nyquist-Shannon, il quale enuncia che un segnale analogico, la cui banda di frequenze sia limitata da una massima frequenza fm, può essere univocamente ricostruito a partire dai suoi campioni, solo se registrati ad una frequenza almeno doppia di fm.
Tradotto in termini più semplici vuol dire che per campionare adeguatamente un suono il più vario possibile dobbiamo acquisire campioni ad una frequenza non inferiore al doppio della più alta frequenza percepibile dall’orecchio umano. Successivamente per quantizzare il segnale, si allineano i campioni ad una griglia prestabilita che ha in ascissa il numero di campioni prelevati, e in ordinata un numero di livelli discreti e definiti dato dalla relazione M=2N, dove N è il numero di bit a disposizione per la successiva codifica.

A questo punto si può obiettare che il processo di digitalizzazione di un suono comporti una notevole perdita di informazioni rispetto al segnale originario che era la musica, tuttavia con un paio di dovute considerazioni si può ben intuire che questo non è affatto vero, o meglio, è vero ma del tutto irrilevante ai nostri fini.
Come molti sapranno, la massima frequenza percepibile dall’orecchio umano, prima di passare agli ultrasuoni, è di circa 20-22 kHz, per cui per campionare un suono col fine di ascoltarlo, la frequenza di campionamento minima dev’essere di almeno 44kHz, oggi per le registrazioni di più alta qualità di definizione si arriva anche a frequenze di 192kHz, o addirittura 2500kHz; per la quantizzazione invece si utilizzano di solito da pochi bit per le voci telefoniche fino 16 o 24 bit per le più moderne tecniche di codifica Hi-Fi, che corrispondono (per 16 bit) a circa 65.000 livelli di quantizzazione.

Ciò significa che la griglia a cui il segnale analogico viene “allineato” anche con qualità relativamente bassa, è composta di circa 50.000 linee verticali e 50.000 linee orizzontali, come minimo, per cui la linea seghettata avrebbe in realtà degli scalini che né l’occhio né l’orecchio umano potrebbe in alcun modo percepire.

 

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