Sintesi ed analisi di suoni concetti di base Nota: La presentazione contiene dei suoni che possono essere ascoltati clickando sulle immagini corrispondenti, a patto che il computer sia provvisto di scheda audio.

In questa presentazione Parametri di un’onda sonora e percezione Sintesi di suoni Analisi di suoni (analisi spettrale) Analisi del parlato (sonogrammi)

Parametri di un’onda periodica Ampiezza (A) Lunghezza d’onda (l) Frequenza (f) = numero di cicli al secondo = 1/ l Forma d’onda = sinusoide = 100 millesimi di secondo = 1/10 secondi = 0.1 s f = 1/ l = 1 / 0.1 = 10 Hertz [Hz]

Parametri di un’onda periodica e percezione Frequenza dell’onda = tono percepito f = 220 Hz (LA 4) f = 440 Hz (LA 5) f = 880 Hz (LA 6)

Parametri di un’onda periodica e percezione Ampiezza dell’onda = volume percepito A = -12 dB A = -6 dB A = 0 dB

Parametri di un’onda periodica e percezione Frequenza d’onda = timbro percepito Sinusoide Onda quadra Onda triangolare Onda a dente di sega

Sintesi di forme d’onda Il processo di sintesi consiste nel costruire forme d’onda complesse a partire da onde più semplici (sinusoidi). La sintesi e’ possibile grazie allo: Sviluppo in serie di Fourier: Una onda periodica di frequenza f0 può essere scritta come somma di onde sinusoidali (seni e coseni) di frequenze che sono multipli interi di f0. Lo sviluppo in serie di Fourier e’ una formula matematica che permette di determinare l’ampiezza dei sinusoidi che sommati formeranno l’onda desiderata.

Sintesi di forme d’onda – es. con onda quadra

Analisi di forme d’onda L’analisi è il processo inverso della sintesi: data una forma d’onda complessa si cerca di scomporla nelle sue componenti sinusoidali. Scopo dell’analisi è quello di determinare lo spettro di un segnale, ossia di determinare la frequenza e l’ampiezza dei sinusoidi che lo compongono.

Analisi di forme d’onda – lo spettro Le componenti sinusoidali di un’onda possono essere rappresentate in un grafico, ciascuna come una barra di altezza pari all’ampiezza del sinusoide corrispondente e ordinata pari alla sua frequenza. Frequenza [Hz] Ampiezza

Analisi di forme d’onda – lo spettro Spettri di onde sinusoidali Frequenza [Hz] Ampiezza 100 50 1000 500 250 750 64 Frequenza [Hz] Ampiezza 100 50 1000 500 250 750 300 21

Analisi di forme d’onda – lo spettro Forme d’onda complesse: lo spettro è la somma degli spettri dei sinusoidi che compongono l’onda. f = 100 Hz Frequenza [Hz] Ampiezza 100 50 1000 500 250 750 f=100Hz A=64 f=300Hz A=21 f=500Hz A=6 f=700Hz A=4 +

Analisi di forme d’onda – lo spettro f=100Hz l=0.01s Frequenza [Hz] Ampiezza 100 50 1000 500 250 750 100Hz 300Hz 500Hz 700Hz f=50Hz l=0.02s Frequenza [Hz] Ampiezza 100 50 1000 500 250 750 50Hz 150Hz 250Hz 350Hz

Analisi di forme d’onda – lo spettro Aumentando la lunghezza d’onda di un segnale (il suo periodo), quindi diminuendo la sua frequenza, le barre dello spettro tendono a spostarsi verso l’origine degli assi ed ad avvicinarsi le une alle altre. Intuitivamente, possiamo immaginare che se la lunghezza d’onda diventa infinita (ossia il segnale si ripete in un periodo infinito: è non-periodico), le barre dello spettro si fondono in una linea continua. f=100Hz l=0.01s 100 50 500 250 750 f=50Hz l=0.02s 100 50 500 250 750 segnale aperiodico 500 250 750 100 50

Analisi di forme d’onda – lo spettro Trasformata di Fourier: Un’onda non periodica può essere scritta come somma di infinite onde sinusoidali (seni e coseni) con tutte le frequenze da 0 a ¥. segnale aperiodico 100 50 500 250 750

Analisi di forme d’onda – lo spettro Riassumendo: segnale periodico di frequenza f0 100 50 500 250 750 f0 Il segnale è una somma di sinusoidi di frequenza multiple intere della frequenza del segnale (f0). Lo spettro è formato da bande equidistanti. segnale non periodico 100 50 500 250 750 Il segnale è una somma di sinusoidi di tutte le frequenze. Lo spettro è formato da una linea continua.

Analisi di forme d’onda – lo spettro Esempi di segnali non periodici e loro spettri. Rumore bianco (gaussiano) Rumore rosa (browniano)

Analisi di forme d’onda – il parlato Le vocali corrispondono a onde periodiche (spettro a bande). Aaaa... Eeee... Iiii... Oooo... Uuuu...

Analisi di forme d’onda – il parlato Le consonanti presentano invece una gamma maggiore di frequenze e una maggiore variabilità nella frase. Per studiare il parlato è utile utilizzare il sonogramma: un grafico che mostra l’andamento dello spettro nel tempo. I punti lungo une stessa linea rappresentano lo spettro del segnale in un dato istante (es. dopo 1s) 100Hz Frequenza Il colore dei punti rappresenta l’ampiezza corrispondente ad una certa frequenza (es. La macchia scura indica che le frequenze attorno ai 100Hz sono piu’ intense) 1 Tempo

Analisi di forme d’onda – il parlato Il sonogramma di un’onda periodica che si mantiene inalterata nel tempo e’ un insieme di bande orizzontali, corrispondenti alle frequenze dominanti dello spettro. Esempio: la lettera “I” pronunciata con lo stesso tono per 0.75 secondi. Tempo Frequenza 0.75 s

Analisi di forme d’onda – il parlato Il sonogramma di un’onda periodica di frequenza variabile e’ un insieme di strette bande che seguono le oscillazioni di frequenza. Esempio: la lettera “I” pronunciata con tono ascendente e discendente per un totale di 3.5 secondi. Tempo Frequenza 3.75 s

Analisi di forme d’onda – il parlato Il sonogramma di un’onda non periodica e’ una fascia diffusa. Esempio: rumore bianco. Tempo Frequenza

Analisi di forme d’onda – il parlato Esempio: alcune parole. C A S G A TT O

Analisi di forme d’onda – il parlato Esempio: alcune parole. R A O M RR N A O

Per saperne di piu’ Il software utilizzato per questa presentazione: Orangator (sintesi) WaveShow 1.03 (analisi spettrale) Virtual Waves 2.21 (analisi e sintesi, sonogrammi) e altro materiale didattico sul processamente digitale di suoni puo’ essere trovato su: www.harmony-central.com www.sonicspot.com

Grazie per l’attenzione! Massimiliano Zattera mzattera@hotmail.com