rappresentazione digitale del suono - unifi...schema di sistema audio digitale dati analogici in...
TRANSCRIPT
![Page 1: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/1.jpg)
Rappresentazione digitaledel suono
![Page 2: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/2.jpg)
2
Perché rappresentazione del suono
• Trasmettere a distanza nel tempo e nello spazio un suono
• Registrazione e riproduzione per tutti• Elaborazione del segnale audio per i
professionisti
• Flessibilità velocità … costo
![Page 3: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/3.jpg)
Da analogico a digitale
• Sistema analogico: sistema di rappresentazione approssimato
• Sistema digitale: sistema di rappresentazione preciso
![Page 4: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/4.jpg)
Vantaggi del digitale
• copia del segnale identica all’originale• non degradazione del segnale • manipolazioni del segnale = operazioni
aritmetiche “pulite”• maggiori garanzie dai supporti standard
(rilevamento/correzione errori - bit di parità)
![Page 5: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/5.jpg)
Svantaggi del digitale
• Problemi dello scambio di dati con l’esterno dell’elaboratore
• Grandi capacità e ampiezza di banda per memorizzazione e trasmissione
![Page 6: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/6.jpg)
Comunicazione dei segnali audiocon il computer
![Page 7: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/7.jpg)
7
Il suono analogico
![Page 8: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/8.jpg)
8
Rapporto segnale/rumore (SNR)
ampiezza segnale utile
ampiezza rumoreSNR =
SNR: rapporto tra ampiezza del segnale utile e ampiezza del rumore di fondo in un certo istante
ampiezza segnale utile
ampiezza rumoreSNR = 20 log
SNR = 20 [log (ampiezza segnale utile) – log (ampiezza rumore)]
SNR = ampiezza segnale utiledB – ampiezza rumoredB
![Page 9: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/9.jpg)
9
La gamma dinamicaDynamic Range (DR)
• Differenza in dB tra le ampiezze massima e minima del segnale utile
• … cioè dato un sistema l’intervallo tra il picco che causa clip e la base di rumore di fondo presente
Ampiezza-maxdB – Ampiezza-mindB
![Page 10: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/10.jpg)
Schema di sistema audio digitale
Dati analogiciin ingresso
Acquisizione dati analogici
Sintesi dati analogici
Dati analogici in uscita
Rappresentazione continua, analogica, acustica o elettrica, esterna all’elaboratore
Rappresentazione numerica, discreta, interna all’elaboratore
![Page 11: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/11.jpg)
Il suono digitale
![Page 12: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/12.jpg)
Conversione di formato
• due formati di rappresentazione del segnale– continuo (analogico), acustico o elettrico, esterno
all’elaboratore– numerico (discreto), interno all’elaboratore
• descrizione: andamento dell’ampiezza in funzione del tempo
– analogico: funzione continua – numerico: funzione discreta
![Page 13: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/13.jpg)
Conversione analogico-digitale
• Si trasforma una variazione di tensione elettrica in un segnale numerico
• Il segnale numerico esprime, istante per istante, il valore della tensione
• Due tipi di discretizzazione: – in ampiezza (quantizzazione)– nel tempo (campionamento)
![Page 14: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/14.jpg)
Campionamento e quantizzazione
![Page 15: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/15.jpg)
Segnale analogico(continuo nel tempo e in ampiezza)
![Page 16: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/16.jpg)
Segnale quantizzato (discreto in ampiezza)
![Page 17: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/17.jpg)
Segnale campionato (discreto nel tempo)
![Page 18: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/18.jpg)
Segnale numerico (o digitale)- discreto nel tempo e in ampiezza -
![Page 19: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/19.jpg)
Quantizzazione e campionamentoraddoppiati
-1,E+01
-8,E+00
-6,E+00
-4,E+00
-2,E+00
0,E+00
2,E+00
4,E+00
6,E+00
8,E+00
1,E+01
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43
![Page 20: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/20.jpg)
20
La quantizzazione
![Page 21: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/21.jpg)
Il problema
• si passa da tensione elettrica (continuo) a un dato numerico (discreto)– i valori di tensione variano con continuità
su un certo intervallo– il dato numerico esprime il valore della
tensione in un certo istante• di quante cifre è composto il dato
numerico?
![Page 22: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/22.jpg)
Le parole binarie
• Sequenze di bit (lunghezza n)– può assumere 2n configurazioni diverse– cioè 2n valori diversi
• Esempi: – n=2, 22=4 valori (00, 01, 10, 11)– n=3, 23=8 (000, 001, 010, 011,100, …)– …
![Page 23: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/23.jpg)
Qual è il numero di cifre che garantisce la corretta
rappresentazione del segnale?
![Page 24: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/24.jpg)
La quantizzazione vera e propria
• Assegna una sequenza di valori discreti per la descrizione di un segnale continuo
• Tanti più bit vengono usati, tanto più èaccurata la descrizione
• Più sono i gradini, minore sarà l’erroredi quantizzazione (o rumore)
![Page 25: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/25.jpg)
25
Quantizzazione con 4 bit e 3 bit
0123456789
101112131415
0
1
2
3
4
5
6
7
![Page 26: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/26.jpg)
EsempioSegnale analogico tra -5V e +5V
Parole binarie di 8 bit
Valore di tensione Parola binaria [-5.000, -4.961] 00000000 [-4.961, -4.922] 00000001 [-4.922, -4.883] 00000010 [-4.883, -4.844] 00000011 … 00000100 … … … … … 11111011 [+4,844, +4,883] 11111100 [+4,883, +4,922] 11111101 [+4,922, +4,961] 11111110 [+4,961, +5,000] 11111111
Regioni di quantizzazione: 10 / 28 Volt = 10 / 256 Volt =0,039 Volt
Tutti i valori di tensione diuna regione ampia 0,039Vsaranno rappresentati dallostesso valore:livello di quantizzazione
![Page 27: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/27.jpg)
Il limite in precisione
• Segnale rappresentato = segnale effettivo + rumore
• Segnale analogico: differenze con il segnale effettivo = “rumore”
• Segnale digitale: “rumore” di quantizzazione
![Page 28: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/28.jpg)
28
Errore di quantizzazione
• Differenza tra l’ampiezza del campione reale e l’ampiezza quantizzata
• L’ampiezza quantizzata è la metà della regione (si usa in riproduzione)
• L’errore di quantizzazione è al più la metà della regione di quantizzazione
![Page 29: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/29.jpg)
29
Quantizzazione con 4 e 3 bit
0123456789
101112131415
0
1
2
3
4
5
6
7
Errore di quantizzazione
![Page 30: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/30.jpg)
30
Rumore di quantizzazione
• L’errore di quantizzazione è distribuito casualmente
• E’ un segnale che si aggiunge al segnale utile
• Si parla di “rumore di quantizzazione”
![Page 31: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/31.jpg)
31
Esempi
• Quantizzazione con 16 bit• Quantizzazione con 8 bit
![Page 32: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/32.jpg)
32
Valutazione dei sistemi di rappresentazione
Rapporto segnale-rumoreGamma dinamica
![Page 33: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/33.jpg)
Contributo di un bit a SNR
• Se il numero di bit è almeno 6 o 7 …SNR = 2N
• In decibel– SNR = 20 log 2N dB = N*20 log 2 dB = 6.02*N dB – Ogni bit contribuisce con circa 6 decibel
• Esempio– N=16 bit – SNR = 16 * 6 dB = 96 dB
![Page 34: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/34.jpg)
Contributo di un bit a DR
• L’aggiunta di un bit raddoppia la gamma dinamica dei valori
3 bit, 8 valori
4 bit, 16 valori
![Page 35: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/35.jpg)
35
Dithering
![Page 36: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/36.jpg)
Problema alle ampiezze minime
• Un sistema digitale non presenta alcun rumore per segnale di input nullo
• Problemi a livelli vicini allo 0 (non nulli)• FLIP dell’ultimo bit: 0-1-0-1-0-1- …• Onda quadra: alte armoniche artificiali• Effetti indesiderati sulle estinzioni dei
suoni: aliasing
![Page 37: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/37.jpg)
Onda quadra
n
dB
5 10
![Page 38: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/38.jpg)
Forza bruta
• L’aumento del numero di bit fa aumentare …– il rapporto segnale/rumore SNR – il costo delle apparecchiature necessarie
• Oppure uso di tecniche a basso costo
![Page 39: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/39.jpg)
Una correzione strana:il dithering
• Prima dell’azione di conversione AD, si introduce un po’ di rumore analogico bianco
• Il livello del rumore è minimo (ad esempio, 3 dB, più o meno l’errore)
![Page 40: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/40.jpg)
Rumore bianco
• Composizione spettrale molto ricca: rumore di eccitazione – dither noise
• E’ indipendente dal segnale da quantizzare
• Sistemi audio di buona qualità a basso costo
![Page 41: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/41.jpg)
Riassumendo
![Page 42: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/42.jpg)
42
Il campionamento
![Page 43: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/43.jpg)
Il problema
• Occorre discretizzare il tempo (periodo di campionamento)
• Segnali audio variano rapidamente nel tempo
• Con che velocità si prelevano i campioni?
![Page 44: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/44.jpg)
44
Considerazioni intuitive
• Velocità di prelevamento campioni dipende da velocità variazione segnale
• Velocità di variazione dipende da componente armonica più alta
• Quindi, frequenza massima determina il periodo di campionamento
• Al limite (periodo infinitamente piccolo) i segnali analogico e digitale coincidono
![Page 45: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/45.jpg)
Il campionamento vero e proprio
• Dopo ogni periodo di campionamento si preleva un campione
• Si quantizza il segnale analogico in quell’istante
• Si codifica una sequenza di parole binarie che rappresenta l’andamento del segnale
![Page 46: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/46.jpg)
Campionamento di segnale (il segnale sorgente)
![Page 47: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/47.jpg)
Campionamento di segnale (campionamento con frequenza f)
![Page 48: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/48.jpg)
Campionamento di segnale (campionamento con frequenza 2f)
![Page 49: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/49.jpg)
Campionamento di segnale (campionamento con frequenza 3f)
![Page 50: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/50.jpg)
La dimensione degli intervalli
• Maggiore frequenza di campionamento, più accurata descrizione del segnale
• Come si fa a non avere perdita di informazione ?
• Qual è il minimo valore della frequenza di campionamento ?
![Page 51: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/51.jpg)
Il foldover o aliasing
• Sia fc la frequenza di campionamento• Sia f una frequenza presente nel
segnale in ingresso tale che f > fc / 2• Si “inventa” una frequenza nuova (alias)
• Come avviene ciò?
![Page 52: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/52.jpg)
Un campionamento corretto
![Page 53: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/53.jpg)
Un campionamento critico
![Page 54: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/54.jpg)
Un campionamento scorretto:aliasing!
Esempio:
fc un po’ meno di f
fc=955 campioni/secf=1000 Hz
![Page 55: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/55.jpg)
La metafora del cinema
12
34
12
34
12
34
12
34
12
34 1
2
34 1
2
34 1
2
34
12
34 12
34
12
34 1
2
34
![Page 56: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/56.jpg)
La frequenza “aliased”
• frequenza ricostruita fr = f + kfc• k intero, tale che – fc/2 < f + kfc < fc/2
due casi:• f nell’intervallo: – fc/2 < f < fc/2, k=0 fr=f • f fuori intervallo: f < – fc/2, f > fc/2, k=?
![Page 57: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/57.jpg)
57
Esempi
• Esempio: fc=10000 Hz, f=4000 Hz– k=0, fr = 4000 Hz
• Esempio: fc=10000 Hz, f=6000 Hz– k=-1, fr = -4000 Hz
• Esempio: fc=955 Hz, f=1000 Hz– k=-2, fr = 1000 – [2000/955] 955 = 45 Hz
• In generale, k = - [2f / fc], fr = f - [2f / fc] fc
![Page 58: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/58.jpg)
58
Esempi di aliasing
• Frequenza di campionamento 8000 Hz
• Segnale sinusoidale 2000 Hz
• Segnale sinusoidale 5998 Hz …– Per k=-1, fr = fc –f = 8000-5998 = 2002– Fenomeno dei battimenti
![Page 59: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/59.jpg)
59
Esempi di aliasing
• Glissando – Da 20 Hz a 30.000 Hz– Durata 30 secondi– Frequenza di campionamento 44.100 Hz
![Page 60: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/60.jpg)
La frequenza di Nyquist
• In un periodo il segnale cambia direzione due volte
• Sono necessari almeno due campioni per periodo
• La frequenza di campionamento deve essere almeno il doppio della frequenza max presente
![Page 61: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/61.jpg)
Si inverte il problema
• Si fissa la frequenza di Nyquist• Si fa in modo che nel segnale in
ingresso non vi siano frequenze superiori alla metà della frequenza di Nyquist
• Filtro passabasso
![Page 62: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/62.jpg)
Filtro passa-basso
• Elimina tutte le frequenze superiori a un certo valore (la metà della frequenza di campionamento)
• Il valore è detto frequenza di cut-off
![Page 63: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/63.jpg)
Filtro passa-basso
f
dB
Filtro
![Page 64: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/64.jpg)
Dati pratici
• Max frequenza udibile 20 KHz– campionamento oltre i 40 KHz– 44,1 kHz è la frequenza usata per il CD
• Tuttavia, dibattiti ancora in corso
![Page 65: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/65.jpg)
Ricostruzione del segnale analogico
• Segnale campionato composto da barre non connesse tra loro
• In teoria, il suono originale analogico potrebbe cambiare tra due barre
• Magia del suono digitalizzato
![Page 66: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/66.jpg)
66
Cosa produce il DAC
![Page 67: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/67.jpg)
Di nuovo il filtro passabasso
• Il filtro “smussa” il segnale prodotto dal DAC per ottenere un segnale continuo
• Il segnale che arriva ai diffusori “suona”come l’originale
![Page 68: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/68.jpg)
Riassumendo
amplificatore
filtropassabassoantialiasing
ADCφ
filtropassabasso
DAC φclock
clock
V
V Memoria
V
V
V
BIT
BITp
p
amplificatore
V
![Page 69: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/69.jpg)
69
Appendice: la scheda audio
Il DAC e l’ADC
![Page 70: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/70.jpg)
DAC
genera in uscita una tensione elettrica proporzionale al valore numerico in ingresso
b0
b1
b2
b3
b4
b5
b6
b7
-+
Si Ri
R
V
Le Ri hannovalori proporzionalialla posizione delbit (I = V / R)
Tempo di conversione(settling time):tempo min necessarioper stabilizzare la tensione in uscita
V0
![Page 71: Rappresentazione digitale del suono - UniFI...Schema di sistema audio digitale Dati analogici in ingresso Acquisizione dati analogici Sintesi dati analogici Dati analogici in uscita](https://reader035.vdocuments.pub/reader035/viewer/2022071413/610c1c19c9cbd723ee73fc90/html5/thumbnails/71.jpg)
ADC
S / H
DAC Logica di Controllo
V(t) Comparatore
Vc(nTc)
Inizio conversione
Fine conversione
b0
b1
b2
b3
b4
b5
b6
b7
Tempi di conversione =ricerca valore + settling time del DAC
Circuito campionatore: Sample and Hold