domenica 26 aprile 2009

SPAZIALIZZAZIONE DEL SUONO

La spazializzazione di una o più sorgenti audio consiste nella simulazione di un paesaggio sonoro (soundscape¹) tridimensionale. All'interno del paesaggio, una vera e propria "scena" da ascoltare, le sorgenti assumeranno una posizione virtuale rispetto all'ascoltatore e potranno anche "muoversi" intorno a lui più o meno velocemente.
Le sorgenti audio vengono prima elaborate digitalmente utilizzando dinamicamente i parametri di vari algoritmi ed il risultato di tale elaborazione viene poi riprodotto per mezzo di un sistema di casse acustiche. Questi sono i tratti comuni di tutte le tecnologie più o meno utilizzate in pratica per realizzare paesaggi sonori. Le tipologie di algoritmi, il numero e la disposizione delle casse acustiche (ed in alcuni casi anche la loro conformazione) sono le variabili che distinguono un sistema per la spazializzazione da un sistema surround od un codificatore per l'ascolto in cuffia. Un sistema di spazializzazione audio permetterà sempre la libera disposizione delle casse acustiche nell'ambiente che ospiterà il soundscape ed utilizzerà algoritmi di psico-acustica permettendo la simulazione in qualsiasi punto del paesaggio sonoro.
Nel processo di localizzazione di un suono da parte del nostro cervello, la vista riveste un ruolo molto importante anche se non fondamentale. Abbiamo l'impressione che un suono provenga da una parte, la nostra memoria ci dice che potrebbe essere un tuono, guardiamo da quella parte e soltanto quando vediamo il classico lampo di luce siamo perfettamente certi che di un tuono si trattava. Risultano subito evidenti le analogie ed integrazioni tecniche possibili tra le arti visive e la spazializzazione del suono, questa nuova evoluzione dell'arte musicale, un ampliamento della stessa volto ad includere nel novero dei suoni utilizzabili anche il rumore.
L'ambiente in cui viviamo, per il nostro udito, è un paesaggio sonoro tridimensionale in costante cambiamento. Noi avvertiamo continuamente le infinite vibrazioni che lo costituiscono, non possiamo fare più di tanto per evitarlo. Possiamo comunque modificare il paesaggio, interagire con esso; ovviamente in modo più o meno creativo, visto e considerato che di solito lo facciamo ma non ce ne rendiamo neanche conto. I suoni che ci circondano abitualmente influenzano la nostra esistenza, nel bene e nel male.



Nel corso dei decenni sono state sviluppate varie tecniche di registrazione/riproduzione del suono ma solo tre hanno una denominazione:
monofonia;
stereofonia;
quadrifonia.

La prima tecnica di registrazione/riproduzione del suono sviluppata è stata la monofonia, la più semplice di tutte ma anche quella che offre le prestazioni minori. Nella monofonia è presente un unico flusso informativo sonoro destinato ad essere riprodotto da un unico diffusore acustico posizionato frontalmente all'ascoltatore. Per esigenze particolari, come ad esempio la necessità di servire un ambiente d'ascolto molto ampio, tale flusso informativo può anche essere riprodotto da più diffusori acustici ma le informazioni sonore riprodotte dai vari diffusori acustici rimangono comunque le medesime. L'audio che implementa la monofonia è chiamato audio monofonico o, più brevemente, audio mono. Nell'audio monofonico è presente un unico flusso informativo elettronico rappresentante l'unico flusso informativo sonoro presente nella monofonia.

In seguito, al fine di conferire maggiore spazialità al suono rispetto a quella permessa dalla monofonia (e quindi maggiore realismo in quanto il suono in natura ha quasi sempre origine da molteplici punti spaziali), nasce una tecnica di registrazione/riproduzione del suono più complessa, la stereofonia. Nella stereofonia sono presenti due flussi informativi sonori ognuno dei quali destinato ad essere riprodotto da un diverso diffusore acustico posizionato frontalmente all'ascoltare, uno sulla sinistra e uno sulla destra, secondo angoli prestabiliti. L'audio che implementa la stereofonia è chiamato audio stereofonico o, più brevemente, audio stereo. Nell'audio stereofonico sono presenti due flussi informativi elettronici rappresentanti i due flussi informativi sonori della stereofonia.

Con l'audio stereofonico nasce anche l'audio multicanale, cioè l'audio presentante più flussi informativi elettronici ognuno dei quali rappresentante un diverso flusso informativo sonoro. Il termine "multicanale" deriva dal fatto che il singolo flusso informativo elettronico è chiamato canale audio. L'audio stereofonico, avendo quindi due canali audio, è audio multicanale. L'audio multicanale verrà utilizzato in seguito per implementare tutte le tecniche di registrazione/riproduzione del suono sviluppate dopo la stereofonia e utilizzanti un numero maggiore di flussi informativi sonori.
Sull'uso del termine "audio multicanale" è necessario però un approfondimento: nonostante l'audio stereofonico sia a tutti gli effetti audio multicanle, con "audio multicanale" nell'uso comune si indica audio con un numero di canali maggiore di due, quindi non l'audio stereofonico.

Dopo la stereofonia, prima nel cinema (sempre alla ricerca di migliorie al fine di attrarre un maggior numero di spettatori), poi nell'industria discografia (non altrettanto interessata in quanto tecniche di registrazione/riproduzione del suono più complesse implicano per gli acquirenti maggiori spese in apparecchiature di riproduzione del suono), nascono nuove tecniche di registrazione/riproduzione del suono sempre con il fine di conferire al suono maggiore spazialità e quindi maggiore realismo. In particolare l'industria discografia negli anni '70 del XX secolo introduce la quadrifonia. Nella quadrifonia sono presenti quattro flussi informativi sonori ognuno dei quali destinato ad essere riprodotto da un diverso diffusore acustico posizionato nell'ambiente d'ascolto nel modo seguente: due diffusori acustici sono posizionati frontalmente all'asoltatore, uno sulla sinistra e uno sulla destra secondo angoli prestabiliti, e due diffusori acustici alle spalle dell'ascoltatore, di nuovo uno sulla sinistra e uno sulla destra secondo angoli prestabiliti. L'audio che implementa la quadrifonia è chiamato audio quadrifonico. Nell'audio quadrifonico sono presenti quattro flussi informativi elettronici, quindi quattro canali audio, rappresentanti i quattro flussi informativi sonori della quadrifonia.

Nel corso degli anni, oltre alla monofonia, stereofonia e quadrifonia, sono state sviluppate molte altre tecniche di registrazione/riproduzione del suono utilizzanti un numero di flussi informativi sonori diverso da quello utilizzato nella monofonia, stereofonia e quadrifonia, oppure anche lo stesso numero di flussi informati sonori ma utilizzati in modo diverso (ad esempio nel cinema è attualmente usato lo standard audio Dolby Stereo SR che, anche se prevede una modalità audio utilizzante quattro flussi informativi sonori come la quadrifonia, non implementa tale tecnica di riproduzione del suono). Per tali tecniche di registrazione/riproduzione del suono, come detto, non esiste però una denominazione.

Attualmente nel cinema e nell'home theater sono utilizzati comunemente standard audio implementanti tecniche di registrazione/riproduzione del suono che prevedono 6, 7 o anche 8 flussi informativi sonori. Sono stati anche sviluppati standard di audio digitale implementanti tecniche di registrazione/riproduzione del suono che prevedono fino a decine di flussi informativi sonori (uno di questi standard è ad sempio il Dolby TrueHD), ma è difficile prevedere se e quando verranno utilizzati tali tecniche. Per quanto riguarda il cinema è probabile che nel prossimo futuro verranno adottate tecniche di registrazione/riproduzione del suono utilizzanti un numero maggiore di flussi informativi sonori visto che già ora in una sala cinematografica di medie dimensioni normalmente un canale audio viene riprodotto da più diffusori acustici.

In ambito domestico invece appare improbabile che l'installazione di decine di diffusori acustici sia accolta favorevolmente. Già gli attuali 7 canali audio del Dolby Digital EX e DTS-ES utilizzati nel comune DVD-Video rappresentano un impegno non da poco, sia in termini di apparecchiature, e quindi di costi, che in termini di spazio occupato. Probabilmente in ambito domestico ci si muoverà quindi verso tecnologie di elaborazione dell'audio utilizzanti DSP in grado di riprodurre, con un numero di diffusori acustici non superiore a 7 o 8, un numero maggiore di canali audio.

Un punto è certo, più flussi informativi sonori sono implementati in origine (non in fase di riproduzione dell'audio utilizzando dei DSP che applicano algoritmi basati su principi di psicoacustica), maggiore è la precisione con cui è possibile collocare spazialmente un suono in quanto tale precisione è direttamente proporzionale al numero di flussi informativi sonori utilizzati.

Audio surround
Nella quadrifonia è presente quello che viene chiamato surround cioè informazioni sonore destinate a collocare l'ascoltatore al centro della scena sonora. L'audio che presenta il surround è chiamato audio surround e i canali audio rappresentanti informazioni sonore esclusivamente relative al surround sono chiamati canali surround. L'audio quadrifonico presenta quindi due canali surround, i due canali audio destinati ad essere riprodotti da diffusori acustici posizionati alle spalle dell'ascoltatore.
Il surround viene implementato anche nel cinema. Ma mentre nel cinema non verrà mai abbandonato, tranne un breve periodo negli anni '60 del XX secolo nel quale il cinema passava un momento di crisi dovuto all'affermarsi della televisione, la quadrifonia utilizzata dall'industria discografia non riscuote molto successo e presto viene abbandonata. Solo negli ultimi anni, con l'introduzione del DVD-Audio e del Super Audio CD, è stato reintrodotto il surround in ambito discografico, ma tali formati rappresentano comunque un settore di nicchia con un numero di pubblicazioni molto limitato rispetto a quelle in stereofonia.
Riguardo alle esigenze sonore del cinema e della discografia c'è da rilevare infatti una sostanziale differenza. Le esigenze sonore nel cinema sono molto maggiori di quelle discografiche. Si pensi ad esempio ad un aereo del quale viene fatto sentire il suo arrivo in lontanza alle spalle dello spettatore, poi il passaggio sopra la testa, e infine viene fatto apparire sullo schermo. Nel cinema il surround ha una notevole importanza, è in grado di proiettare lo spettatore al centro dell'azione rappresentata sullo schermo come se si trovasse realmente all'interno di essa, ha quindi un fortissimo potere di coinvolgimento dello spettatore e di spettacolarizzazione della scena rappresentata.
Discorso completamente diverso invece per la discografia, ma anche ad esempio per un'opera teatrale o un concertotrasmesso in televisione o pubblicato in DVD-Video. In questi casi, salvo casi particolari, il suono ha origine frontalmente e il surround è rappresentato esclusivamente dal riverbero del suono che si crea nell'ambiente d'ascolto (teatro, stadio, ecc.). Certamente tale surround non è irrilevante, il piacere di ascoltare musica nella propria abitazione con le medesime sensazioni percepite in un teatro o in uno stadio non si può considerare insignificante. Se si pensa però che i maggiori fruitori di musica sono i giovani che molto spesso la ascoltano compressa in standard audio MP3 e con minuscoli auricolari, si può comprendere perché nella discografia il surround non sia altrettanto affermato come nel cinema.

Spazializzazione del suono tramite DSP
Con la diminuzione dei prezzi dell'elettronica digitale negli anni '80 del XX secolo sono diventati disponibili per l'elettronica di consumo apparecchi audio in grado di eseguire elaborazioni sull'audio fino a qualche decennio prima impensabili. Elaborazioni volte a conferire spazialità al suono in base a principi di psicoacustica ed eseguite in tempo reale in fase di riproduzione dell'audio mediante l'uso di DSP (i DSP lavorano nel dominio digitale quindi in caso si utilizzi audio analogico questo viene convertito prima in audio digitale).
Tali elaborazioni in alcuni casi si possono considerare una discreta alternativa all'audio multicanale dotato già in origine di canali surround. I casi sono quelli già citati in cui il suono nella realtà ha origine esclusivamente frontalmente all'ascoltatore e il surround è rappresentato dal riverbero del suono. In questi casi sono in grado di creare il surround partendo da audio mancante di surround (normalmente audio stereofonico) dando vita a quelli che sono chiamati effetti d'ambiente con discreti risultati. Ciò viene implementato sia creando canali surround diffusi da diffusori acustici posizionati alle spalle dell'ascoltatore sia facendone a meno.

Altri casi in cui riescono ad ottenere discreti risultati sono nella riproduzione di audio multicanale dotato di canali surround senza l'utilizzo di diffusori acustici posizionati alle spalle dell'ascoltatore. Un esempio di questo tipo di elaborazione è il Dolby Virtual Speaker sviluppato dalla Dolby Laboratories.
I casi invece in cui ottengono risultati assolutamente insoddisfacenti sono i casi in cui il surround non riguarda solo il riverbero del suono, come ad esempio nel cinema, e l'audio elaborato non è dotato di canali surround. In tali casi, anche se creano canali surround riprodotti con diffusori acustici posizionati alle spalle dell'ascoltatore, vengono aggiunti solamente effetti d'ambiente. Nei casi in cui il surround non riguarda solo il riverbero del suono è assolutamente d'obbligo che i canali surround siano implementati in origine se si vuole dare ad ogni suono una precisa collocazione spaziale.

La maggior parte delle elaborazioni audio citate normalmente sono disponibili in amplificatori audio di fascia media o alta, oppure anche come processori audio indipendenti ma nell'Hi-End. Spesso non hanno una denominazione registrata come nel caso del Dolby Virtual Speaker e nei manuali normalmente sono indicate con la denominazione generica "modi DSP" mentre sul display degli apparechi audio vengono differenziate con nomi come "rock", "pop", "cinema", "sport", ecc. i quali stanno ad indicare il tipo di contenuti audio per cui sono state sviluppate e per cui sono appropriate.

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