fisica musicale - Dipartimento di Fisica

FISICA MUSICALE
M. Sozzi –Universita’
Universita’ di Pisa - A.A. 2012/13
Raccolta di immagini per il corso
© dei rispettivi autori
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
SINTESI DEL SUONO
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
IL SINTETIZZATORE ELETTRONICO
Robert Moog
(1934-2005)
Sistema modulare
Moog (1970)
Harry Olson, Herbert Belar
e il sintetizzatore RCA, 1956
Kurzweil Music
Systems
K2600 (2005)
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
SINTESI SOTTRATTIVA
© J. Wolfe
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
INVILUPPI
Attack – Peak – Decay – Sustain - Release
© J. Wolfe
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
MODULAZIONE
Modulazione di ampiezza
Modulazione di frequenza
© J. Wolfe
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
MODULAZIONE DI AMPIEZZA (1)
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
MODULAZIONE DI AMPIEZZA (2)
Sovramodulazione
Modulazione bilanciata
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
MODULAZIONE DI FREQUENZA (1)
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
MODULAZIONE DI FREQUENZA (2)
Dominio delle frequenze
Dominio dei tempi
220 Hz modulato da 440 Hz con
indice di modulazione β = 0.1, 1, 10, 100
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
SINTESI A MODULAZIONE
DI FREQUENZA (FM)
1967 a Stanford
Industrializzazione:
1977 Yamaha corp.
John M. Chowning
(1934-)
The Synthesis of Complex
Audio Spectra by Means of
Frequency Modulation,
Journal of the Audio
Engineering Society 21 (7) (1973).
Friedrich Wilhelm
Bessel
(1784-1846)
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
SINTESI A DISTORSIONE DI FASE
© 1984 Casio corp.
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
MODULAZIONE DI AMPIEZZA
D’IMPULSO (PWM)
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
SINTESI GRANULARE
“Grani” con inviluppo definito e durata 1-100 ms
Dennis Gabor
(1900 - 1979)
Sincrono: intervallo costante
Quasi-sincrono: intervalli variabili
Asincrono: distribuzione stocastica
© B. Truax
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
REGISTRAZIONE
E RIPRODUZIONE
DEL SUONO
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
REGISTRAZIONE ANALOGICA (1)
© Numark
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
REGISTRAZIONE
ANALOGICA (2)
© Revox
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
REGISTRAZIONE
ANALOGICA (3)
Cassetta compatta (Philips 1963):
due tracce stereo (adiacenti)
da 0.6 mm su nastro da 0.15 in (3.81 cm)
Velocita’ nastro 1 7/8 ips (4.76 cm/s)
mil
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
REGISTRAZIONE ANALOGICA (4)
Scansione elicoidale (Ampex, 1956):
rotazione testina 30 m/s, nastro 1 ips
(VHS, DAT, DV)
© The Computer Language Co.
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
RANGE DINAMICO
Non disponibile
Headroom
Range normale
Rumore
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
MICROFONI (1)
Microfono a condensatore
Microfono a nastro
Microfono dinamico
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
MICROFONI (2)
Cardioide
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
ALTOPARLANTI (1)
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
ALTOPARLANTI (2)
Cassa acustica
(a) Piano infinito
(a) Sospensione acustica
(b) Sospensione acustica
(b) Risonanza di Helmholtz del
porto accordato
(c) Porto accordato (bass-reflex)
(c) Altoparlante bass-reflex
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
DIFFUSORI
Tweeter
Midrange
Low-Midrange
Woofer
© Bose
Bass Reflex
Infinity Kappa 8.1
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
AUDIO DIGITALE (PCM)
© DSignT
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
DITHERING
Senza dithering:
A: Ingresso
B: Segnale campionato
C: Errore di quantizzazione
D: Spettro di potenza dell’errore
Con dithering:
E: Ingresso
F: Segnale campionato
G: Errore di quantizzazione
H: Spettro di potenza dell’errore
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
FOLD-OVER
Teorema di Shannon-Nyquist
f max < f c / 2
Claude Shannon
(1916 - 2001)
Harry Nyquist
(1889 - 1976)
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
MUSICA ED INFORMAZIONE
Telefono:
~5 kHz
Radio FM:
15 kHz
Nastro magnetico:
17-18 kHz
Hi-Fi:
CD
192 kB/s
“Studio”
MP3:
16 kB/s
112 kB/s
128 kB/s
160 kB/s
22.05 kHz
256 kB/s
18, 24, 32, 40, 48, 56, 64, 80, 96, 112,
128, 160, 192, 224, 256, 320
kB/s
© J. Wolfe
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COMPACT DISC (1)
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
COMPACT DISC (2)
Digital Versatile Disc (640 nm)
Compact Disc (780 nm)
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ACUSTICA
ARCHITETTONICA
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M.S. Sozzi – Fisica Musicale
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
RIVERBERAZIONE (1)
Vuota
Tappeto
Legge di Sabine
T (s) = 0.161V (m 3 ) A(m 2 )
T = tempo di decadimento sotto soglia di
udibilita’ (da intensita’ 106 x soglia = 60 dB)
V = volume
A = assorbimento totale
500 Hz
1000 Hz
Wallace Clement Sabine
(1868-1919)
2000 Hz
© D. Russell
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RIVERBERAZIONE (2)
55.25V
T60 =
vSα
1
α = ∑ α i Si
S i
Materiale/Frequenza
125
Hz
250
Hz
500
Hz
1000
Hz
2000
Hz
4000
Hz
Cemento
0.10
0.05
0.06
0.07
0.09
0.08
Cemento dipinto
0.01
0.01
0.015
0.02
0.02
0.02
Tappeto su cemento
0.02
0.06
0.04
0.37
0.60
0.65
Tappeto su gomma
0.08
0.24
0.57
0.69
0.71
0.73
1 Sabin = assorbimento di una finestra aperta
di superficie 1 piede quadrato (0.093 m2)
© D. Russell
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RIVERBERAZIONE (3)
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RIVERBERAZIONE (4)
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ELABORAZIONE DEL
SUONO
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
COMPRESSIONE
M.S. Sozzi – Fisica Musicale
COMPANDER
© Audiorama
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IL SISTEMA DOLBY
Ray Dolby
(1933 - )
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EFFETTISTICA
Originale
Passa basso 300 Hz
Passa alto 3000 Hz
Tremolo
Phaser
Wah-wah
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TRASPOSIZIONE E SPETTRO
Originale
Trasposto
Corretto
© S. Bernsee
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CAMPIONAMENTO (1)
Rumore di quantizzazione
Originale (16 bit)
Riduzione a 6 bit (troncamento)
Riduzione a 6 bit (dithering)
© S. Bernsee
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COMPRESSIONE AUDIO
Apple lossless
MPEG-1
Vorbis
Monkey’s audio
Windows
Media Audio
Dolby AC-3
MPEG-4 (AAC)
FLAC
Sony ATRAC
Real Audio
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FORMATO MP-3
© S. Vega
128 kbps
64 kbps
32 kbps
145 kB
36 kB
18 kB
16 kbps
10 kB
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