Capitolo 1

Introduzione

Il prelievo, l'analisi, il riconoscimento e la manipolazione dei segnali audio nella comunicazione umana e animale costituiscono una attività di studio e di ricerca che gravita attorno ad un settore disciplinare composito, di cui fanno parte discipline quali zoologia, biologia, psicologia ed etologia.
Gli strumenti di lavoro utilizzati per le attività di studio e di ricerca sono tipicamente articolati in:
1) strumenti per il prelievo (sul campo e in laboratorio),
2) strumenti per l'analisi, la manipolazione e la rappresentazione dei segnali,
mentre il riconoscimento viene effettuato senza il supporto di alcuna strumentazione ed è piuttosto affidato all'esperienza del ricercatore.
Peraltro, gli strumenti disponibili sul mercato non soddisfano pienamente le esigenze dei ricercatori interessati in quanto si tratta il più delle volte di strumentazione eccessivamente costosa e poco flessibile: in particolare, non sono né programmabili da parte dell'utente finale, né integrabili nelle rappresentazioni grafiche.
Un'alternativa che sembra opportuna per tentare di ovviare a questi inconvenienti è certamente quella di utilizzare strumenti non "special purpose" (nel settore c'è una specie di monopolio da parte di pochi produttori specializzati), ma piuttosto strumenti "general purpose" programmabili e quindi adattabili alle molteplici esigenze della utenza interessata. Nell'ambito di alcune tesi svolte al LIM (Laboratorio di Informatica Musicale del Dipartimento di Scienze dell'Informazione dell'Università degli Studi di Milano), è stata realizzata una workstation basata su personal computer dotato di schede per l'acquisizione, l'elaborazione e la sintesi di segnali audio (Civinini,1991;.Fraschetti, 1991; Patrone, 1991).
Esistono già sul mercato sistemi software per l'elaborazione del segnale (sia in generale, che audio in particolare), ma non possono essere ritenuti idonei per le finalità di ricerca in oggetto poiché non hanno caratteristiche né fisiche (ad esempio, banda passante insufficiente), né logiche (non sono considerate forme di rappresentazione che sono tipiche invece dello studio della comunicazione umana e animale).
Per questi motivi essenziali si è costituito un gruppo di ricerca con la finalità di contribuire:alla standardizzazione delle metodologie e delle tecniche, allo sviluppo ed alla sperimentazione di strumenti di lavoro flessibili ed economici e alle possibilità di integrazione e di comunicazione tra i diversi gruppi di ricercatori.
L'obiettivo complessivo del progetto è quindi quello di sviluppare e sperimentare, in una versione prototipale, una stazione di lavoro programmabile idonea per la varietà di ricerche scientifiche dell'area disciplinare.
Più specificamente, il progetto intende contribuire alla individuazione delle cause della variabilità dei segnali acustici degli animali e del contenuto semantico.
La definizione e la sperimentazione di metodi per il riconoscimento di strutture sintattiche e semantiche nei segnali animali costituiscono uno dei sotto-obiettivi della ricerca. In questo ambito si inserisce il presente lavoro, il quale si propone di realizzare un'applicazione software, operante in tempo reale, capace di riconoscere i modelli ritmici nelle vocalizzazioni animali o umane in ambiente rumoroso.
Il secondo capitolo colloca il presente lavoro nel quadro di ricerche che studiosi del comportamento animale stanno sviluppando; presenta inoltre la descrizione dettagliata del metodo usato per la risoluzione del problema centrale di questa tesi (discriminazione tra suono e rumore), motivando le scelte effettuate. Da ultimo mostra un quadro generale delle funzionalità previste dall'applicazione software realizzata.
Il terzo capitolo mostra la configurazione del sistema, con particolare riferimento alla fase di acquisizione del segnale, e la struttura macroscopica del software nei due processori utilizzati.
Nei capitoli quattro e cinque vengono descritti le strutture dati e gli
algoritmi dei due programmi intercomunicanti, realizzati rispettivamente su Macintosh e sulla scheda per il trattamento del segnale digitale.
Nel sesto capitolo viene fornita la guida di utilizzo dell'applicazione attraverso i passi successivi di una sessione di lavoro che comprende tutte le fasi dell'analisi di una registrazione su nastro magnetico.
Nell'ultimo capitolo, infine, vengono esposti i risultati ottenuti e le prospettive di sviluppo del presente lavoro.