Laboratorio di Acustica Musicale

La Storia | Gli Obiettivi | Le Attrezzature e gli Spazi | Attività | Repositorio Scientifico | Pubblicazioni | Photogallery

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La Storia

Il laboratorio è situato a Cremona, all’interno del Palazzo dell’arte, sede del prestigioso Museo del Violino. Nato nel 2013 dalle competenze del gruppo Image and Sound Processing Group (ISPG) del Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria (Deib) del Politecnico di Milano, con la collaborazione del Dipartimento di Meccanica, e con il contributo finanziato dalla Fondazione Arvedi Buschini e dalla Fondazione Cariplo (Progetto Distretto Culturale di Cremona). Il laboratorio opera in stretta collaborazione con il “Laboratorio Arvedi di analisi diagnostiche non invasive” dell’Università di Pavia, con il quale condivide parte degli spazi. Il laboratorio raccoglie l’esperienza del gruppo ISPG in ambito audio, acustica computazionale, e machine intelligence, nonchè l’esperienza del Dipartimento di Meccanica del Politecnico di Milano in materia di analisi vibroacustiche, e si occupa del miglioramento della qualità degli strumenti musicali acustici (in particolare degli strumenti di liuteria classica e contemporanea) e degli ambienti di ascolto.

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Gli obiettivi

Il laboratorio si pone due obiettivi: un’attività di ricerca multidisciplinare finalizzata al miglioramento dell’attività liutaria Cremonese e la valorizzazione culturale della stessa. Per quanto riguarda la ricerca a supporto della liuteria, le principali attività riguardano i seguenti argomenti:

• Proprietà fisiche ed acustiche dello strumento: analisi vibratorie, timbriche, modellazione 3D
• Proprietà radiative ed interazione con l’ambiente: studio e sviluppo di soluzioni di misura e progetto per pianificare e controllare le proprietà emissione acustica e, in particolare, di proiezione radiativa dello strumento.

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Per quanto riguarda le attività a supporto della cultura, il laboratorio si occupa dello sviluppo di soluzioni per la registrazione e la riproduzione “spatial audio” che vadano oltre lo stato dell’arte. Queste tecnologie consentirebbero di catturare scene acustiche in modo “olografico” e riviverle come se si fosse nuovamente immersi in queste scene. In particolare la ricerca riguarda:

• Tecniche di acquisizione olofoniche basate su schiera di microfoni e camere acustiche
• Tecniche di acquisizione “spatial audio” basate su microfoni di ordine elevato (eigenmikes, schiere cilindriche/sferiche)

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Le attrezzature e gli spazi

Il laboratorio di Acustica Musicale è composto da:

• Rendering room: stanza di 8mx5m fono-isolata e vibro-isolata con comportamento semi-anecoico, utilizzata per acquisizioni/misure timbriche e acustiche e per esperimenti di resa acustica in audio spaziale. La stanza ospita anche un sistema di rendering Ambisonic composto da una sfera di 17 casse acustiche ad alte prestazioni per ascolti musicali immersivi ed un sistema di cattura a 64 microfoni da misura per riprese olofoniche di campi acustici in prossimità.
• Laboratorio per analisi vibrazionale e modellazione 3D: laboratorio polifunzionale dotato di tutta la strumentazione necessaria per acquisire modelli 3D ad alta risoluzione di strumenti musicali, misurarne e modellarne il comportamento vibratorio e stimarne il comportamento radiativo. In particolare il laboratorio comprende un laser scanner, una vasta gamma di sensori accelerometrici calibrati e un vibrometro ad interferometria laser per analisi non invasive.
• Control room: dotata di apparecchiature mobili per la ripresa in alta qualità/risoluzione di eventi live in audio spaziale. Oltre a sistemi di mixing e microfoni professionali il laboratorio è dotato anche di un microfono Eigenmike per il controllo di microfoni virtuali e la ripresa audio in modalità Ambisonics.
• Open space e ufficio: spazio dotato di diverse postazioni per lo sviluppo software.

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Oltre alle attrezzature sopra elencate, sono presenti:

• Sistema mobile per acquisizioni audio multicanale e audio spaziale composto da batteria di convertitori AD/DA (64 canali full-duplex, 192kHz, 24 bit) con preamplificatori ad alte prestazioni
• Sistema di 64 microfoni da misura
• Sistema di movimentazione passo-passo controllato da PC, per il posizionamento automatico di schiere di microfoni e altoparlanti (misure di Head-Related Transfer Function, misure di pattern di radianza, rumorosità, assorbimento ecc.)
• Schiera di altoparlanti per il rendering plenacustico/olofonico, con relativi amplificatori multicanale, per misura di HRTF e di campi acustici controllati

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Attività

Analisi vibrometrica

Finalizzata alla modellazione vibratoria di un violino a partire da misure vibrazionali e simulazioni agli elementi finiti FEM. Il modello può essere usato per inferire il modo di vibrare degli strumenti storici e contemporanei e per predire la proiezione acustica (radianza) dello strumento.

Analisi della radianza acustica

Studio della distribuzione dell’energia acustica in ogni direzione. Vengono usati metodi non invasivi ad alta risoluzione che consentono l’analisi della radianza anche durante una performance. A tale scopo vengono impiegate camere plenacustiche e dispositivi per tenere traccia della posizione dello strumento nello spazio (giroscopi e Microsoft Kinect).

Analisi timbrica

Studio della relazione tra descrittori oggettivi del suono e descrizione timbrica di “alto livello”, cioè tipica dell’ascoltatore umano, tramite tecniche di machine intelligence. Sviluppo di nuovi metodi di analisi timbrica specifiche per il violino. Le analisi vengono effettuate su registrazioni acquisite in camera anecoica tramite microfoni da misura professionali.

Cattura e rendering audio 3D

Sviluppo di tecniche di produzione musicale in audio spaziale. La ripresa viene effettuata con un microfono Eigenmike a 32 capsule e la riproduzione con un sistema di rendering Ambisonic a 17 casse.

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Ontologia liutaria e applicazioni

Sviluppo di un’ontologia per la formalizzazione della conoscenza liutaria, dai materiali usati fino ai descrittori timbrici (in collaborazione con il laboratorio Arvedi di indagini diagnostiche non invasive). Applicazioni nella descrizione timbrica automatica e nella consultazione intelligente.

Misure acustiche e ambientali

Sviluppo e implementazione di un sistema di modellazione acustica e di un protocollo di caratterizzazione di ambienti (mappatura auditorium Arvedi).



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Repositorio Scientifico

La grande quantità e varietà di dati acquisiti dai due laboratori ha reso necessaria la presenza di una struttura informatica che garantisse una facile manipolazione degli stessi. Per questo motivo un database relazionale è stato progettato e implementato su un dispositivo Network Attached Storage (NAS) accessibile solo tramite la rete interna del laboratorio. Grazie al database è possibile memorizzare e gestire immagini, registrazioni audio, scansioni 3D, misure vibrometriche e ogni altro tipo di informazione proveniente dagli studi condotti due università. Per quanto riguarda il Laboratorio di Acustica Musicale, al momento il database comprende registrazioni audio di più di 30 violini tra storici e moderni, acquisite secondo un preciso protocollo e con l’aiuto di una violinista professionista.

Chi Siamo

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Pubblicazioni

Canclini A., Mucci L., Antonacci F., Sarti A., Tubaro S., “A methodology for estimating the radiation pattern of a violing during the performance”, European Signal Processing Conference (EUSIPCO), Nice, France, 2015

Canclini A., Mucci L., Antonacci F., Sarti A., Tubaro S., “Estimation of the radiation pattern of a violin during the performance using plenacoustic methods”, 138th Audio Engineering Society Convention, Warsaw, Poland, 2015

Setragno F., Zanoni M. Sarti A., “The Violin Ontology”, Conference on Interdisciplinary Musicology (CIM) 2014

Zanoni M., Setragno F., Sarti A., Antonacci F., Fazekas G., “Training-based Semantic Descriptors modeling for violin quality sound characterization”, 138th Audio Engineering Society Convention, Warsaw, Poland, 2015

Buccoli M., Zanoni M., Setragno F., Sarti A., Antonacci F., “An Unsupervised Approach to the Semantic Description of the Sound Quality of Violins”, EUSIPCO2015

Corradi R., Liberatore A., Miccoli S., Antonacci F., Canclini A., Sarti A., Zanoni M., “A multidisciplinary approach to the characterization of bowed string instruments: the Musical Acoustics Lab in Cremona”, The 22nd International Congress on Sound and Vibration (ICSV22), Florence, Italy, 2015

Photo Gallery