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Hai stappato la bottiglia puntuale o in ritardo? Scrivici! (wemeasure@liceomazzini.it)
Scriviamo questo breve articolo pochi giorni prima della sera di San Silvestro, perchè il 31 dicembre è il giorno in cui la maggior parte della popolazione gradisce disporre dell'ora esatta per festeggiare l'inizio del nuovo anno.
Dall'avvento dei media è divenuta tradizione stappare una bottiglia allo scoccare della mezzanotte, tutti insieme. Questo perfetto sincronismo lo acquisiamo quasi sempre dai media, supponendo che gli studi televisivi e radiofonici dispongano a loro volta dell'ora esatta e che questa arrivi ai nostri schermi con ritardi trascurabili.
Con lo sviluppo delle tecnologie digitali, abbiamo perso la diretta radiofonica e, soprattutto, televisiva: i segnali acquisiti dai microfoni e dalle telecamere subiscono delle elaborazioni molto complesse sia in potenti elaboratori presenti negli studi che all'interno dei nostri apparecchi digitali. Queste elaborazioni richiedono tempi di frazioni di secondi per l'audio e di alcuni secondi per il video: da ciò ne consegue che una trasmissione televisiva in diretta, viene riprodotta dai nostri schermi con alcuni secondi di ritardo (da 2 a 5).
Se lo studio radiofonico o televisivo non provvede con specifici accorgimenti, anche l'ora esatta trasmessa con puntualità giunge a noi in ritardo e viene così persa la precisione del secondo.
Una delle più curiose conseguenze di quanto descritto nell'introduzione rigurada il festeggiamento del Capodanno: quando i nostri schermi televisivi riproducono gli ultimi secondi del tradizionale conto alla rovescia di fine anno, siamo in realtà già nell'anno nuovo ed i festeggianti ripresi dalle telecamere in diretta
stappavano la bottiglia qualche secondo prima.
Ci sono altre situazioni in cui siamo sensibili a questo ritardo: gli eventi sportivi i cui risultati sono legati ad un'azione istantanea, come il calcio di rigore che decide il nuovo campione del mondo, e probabilmente in occasione di tali eventi qualcuno si sarà già accorto che l'esito di un calcio di rigore viene riprodotto dalla radio in anticipo rispetto alla televisione digitale.
Ritornando a Capodanno, ci possiamo chiedere come fare a festeggiarlo al momento giusto: la risposta è semplice: basta procurarci l'ora esatta.
Se i media non sono più affidabili per fornirci l'ora esatta con la precisione del secondo, le nuove tecnologie ci aiutano.
Il rivoluzionario GPS diffonde un riferimento di tempo preciso e utilizzato su scala mondiale (i fusi orari sono gestiti dai ricevitori, che aggiungono o sottraggono ore all'ora internazionale ricevuta dai satelliti, a seguito di una loro configurazione manuale o automatica, basata sulla posizione rilevata). Risulta quindi probabile che nei ricevitori GPS l'orologio -se presente- sia preciso. Chi volesse usare tale apparecchietto per festeggiare Capodanno al momento giusto deve aver cura di far funzionare il ricevitore sotto copertura satellitare (quindi all'aperto) per alcuni minuti non oltre uno o due giorni prima, per consentire all'oggetto di acquisire l'ora esatta (dopo l'acquisizione, senza la copertura satellitare, l'apparecchio ha la precisione di un orologio da polso).
Uno strumento utile che funziona di norma bene in casa è l'orologio radiocontrollato: una potente emittente radio tedesca trasmette un segnale di sincronismo nella banda delle onde lunghe, che si propagano seguendo il profilo del terreno e, di notte, rimbalzando sulla ionosfera. Nonostante l'emittente sia lontana da noi, il tempo di viaggio delle onde elettromagnetiche a velocità prossima a quella della luce nel vuoto, è di pochi millisecondi. L'orologio radiocontrollato si acquista facilmente a prezzi molto contenuti da diversi anni e probabilmente molte famiglie ne posseggono almeno uno.
Anche Internet può esserci di aiuto per ottenere l'ora esatta. Alcune applicazioni web fanno comparire sul monitor del nostro computer l'ora esatta. Nonostante la trasmissione via Internet sia soggetta a ritardi, l'ora visualizzata è corretta grazie compensazione del server che comunica in modo bidirezionale con il nostro computer (cosa che non accade nella televisione). Sembra funzionare bene http://www.horlogeparlante.com/it/.
Possiamo facilmente misurare il ritardo con cui il nostro apparecchio riproduce le immagini televisive se disponiamo dell'ora esatta e se apriamo la pagina di teletext (per RAI il Televideo). Generalmente in alto a destra abbiamo l'ora esatta trasmessa dall'emittente, che possiamo confrontare con la nostra e valutare in questo modo il ritardo.
Se ci facciamo fare una telefonata da un amico dal suo cellulare sul nostro cellulare e, simultaneamente, dal suo telefono fisso al nostro telefono fisso, probabilmente percepiremo che la voce riprodotta all'apparecchio fisso è in anticipo rispetto a quella riprodotta dal terminale mobile.
La cronaca di una partita di calcio, oppure uno spezzone di telegiornale trasmessi simultaneamente via radio e TV probabilmente sarà riprodotta dal televisore in ritardo rispetto alla radio.
Perché l'avvento della tecnologia digitale ci ha fatto perdere la vera diretta
?
I primi apparecchi radiofonici e televisivi avevano un'elettronica non molto evoluta e riuscivano a riprodurre l'audio e il video tramite poche valvole termoioniche. A seguito di questo grosso limite, la telecamera di uno studio televisivo era perfettamente sincronizzata con il nostro apparecchio: l'immagine focalizzata tramite un sistema di lenti in un tubo fotosensibile veniva scandita riga per riga generando un segnale elettrico che, trasmesso via radio, pilotava il pennello elettronico del tubo a raggi catodici dei nostri schermi televisivi. Non c'era alcuna elaborazione complessa dei segnali, le uniche cause di ritardo erano legate al percorso, talvolta lungo, delle onde elettromagnetiche, a cui si aggiungeva un piccolo contributo introdotto dagli eventuali ripetitori: si trattava di poche decine di millisecondi. Un discorso analogo valeva per i segnali audio: il microfono convertiva le vibrazioni sonore che, amplificate e traslate alle alte frequenze venivano trasmesse via radio. Il ricevtore otteneva un segnale che applicato all'altoparlante riproduceva simultaneamente (anche in questo caso con alcuni millisecondi di ritardo) le vibrazioni acustiche captate dal microfono.
Poichè le onde elettromagnetiche percorrono trecento chilometri in un millesimo di secondo, i ritardi associati alle trasmissioni terrestri su estensioni nazionali sono molto contenuti. Tali ritardi sono divenuti più significativi con l'avvento del satellite. Un satellite geostazionario si trova a circa 40000 km di distanza da noi, quindi un segnale da questo ripetuto compie un percorso di 80000 km in un tempo di 0,27 secondi, che comincia ad essere apprezzabile.
La parte dominante del ritardo è introdotta dalle tecniche digitali: le immagini acquisite dalle telecamere sono formate da circa mezzo milione di pixel, ciascuno dei quali deve essere rappresentato con 24 bit. Poiché la televisione europea adotta la trasmissione di 25 immagini al secondo, la tecnica digitale così come è stata appena descritta richiederebbe 300 Mbit al secondo, una banda
enorme, che viene ridotta tramite le tecniche di compressione. I compressori agiscono con tecniche simili al ben noto zip e riducono il numero di bit necessario per la trasmissione del video, di oltre cento volte. I compressori, per essere così efficienti, non possono agire su una songola immagine, ma su gruppi di queste. Per questo motivo, il compressore, prima di agire, deve attendere che la telecamera acquisica un po' di immagini e qui abbiamo la prima importante fonte di ritardo, a cui se ne aggiungono altre la cui descrizione richiederebbe molto più spazio. Per l'audio valgono considerazioni analoghe.
Come potremmo giustificare tutto quanto scritto in questa pagina se, muniti di un orologio con l'ora esatta, scoprissimo che il nostro televisore ci annuncia capodanno senza ritardo? Lo studio televisivo potrebbe avere anticipato di quei pochi secondi l'evento affinché venga riprodotto dai nostri schermi al momento giusto.
Si riportano di seguito i primi risultati dell'esperimento, avente l'obiettivo di misurare con quale ritardo ci sono giunte le immagini e l'audio che ha scandito l'inizio del 2012, rispetto al vero scoccare della mezzanotte.
Si precisa che l'esperimento effettuato ha esclusivo carattere scientifico e non vuole rappresentare alcuna critica al sistema televisivo.
È stato collocato un orologio radiocontrollato (modello Oregon Scientific RMR683HG) vicino a un ricevitore televisivo (modello Telefunken TE 32857 B12) sintonizzato su RAI 1 che trasmetteva il programma L'Anno che Verrà
.
Una videocamera analogica (modello Sony CCD-TR425E) collegata a un videoregistratore VHS (modello LG LV2475) ha ripreso simultaneamente il display dell'orologio radiocontrollato e le immagini che apparivano sullo schermo. Il videoregistratore è dotato di 4 testine e permette di riporodurre un fotogramma alla volta. La registrazione è avvenuta con un tasso di acquisizione/riproduzione (frame-rate) di esattamente 25 fotogrammi al secondo (standard PAL, errore stimato inferiore a 100 ppm e trascurato nel seguito).
È stato verificato l'effettivo tasso di scansione, contando 25 fotogrammi fra due consecutivi scatti di un secondo dell'orologio radiocontrollato.
Nel seguito le misure di ritardo sono state ricavate tramite il conteggio dei fotogrammi, quindi con una risoluzione temporale di 1/25 di secondo (0,04 s).
Durante quasi tutta la trasmissione compariva sullo schermo in alto a sinistra l'ora diffusa dall'emittente (nel seguito indicata come ora in sovrimpressione), con risoluzione del secondo, le cui commutazioni risultavano ritardate di 52 ± 1 fotogrammi rispetto all'orologio radiocontrollato (2,08 ± 0,04 secondi di ritardo).
L'ora in sovrimpressione veniva saltuariamente proiettata all'interno dello studio televisivo. I due orari che apparivano sullo schermo non erano sincronizzati: l'ora proiettata in studio era in ritardo di 17 ± 1 fotogrammi (0,68 ± 0,04 secondi) rispetto alla stessa indicazione che appariva in sovrimpressione. È sulla base di tale orario che nello studio televisivo è stato fatto il tradizionale conteggio alla rovescia.
Durante gli ultimi minuti che precedevano la mezzanotte, l'orario diffuso in sovrimpressione si è trasformato in un conteggio alla rovescia, ancora in ritardo di 52 fotogrammi rispetto all'orologio radiocontrollato.
Gli ultimi dieci secondi venivano rappresentati con un grosso numero sovrapposto alle immagini dello studio televisivo. L'orologio radiocontrollato ha scandito l'anno nuovo mentre l'audio e il video TV indicavano -3
.
Il Capodanno veniva scandito con un bagliore in scena 71 ± 1 fotogrammi in ritardo (2,84 ± 0,04secondi, piuttosto coerente con [52 ± 1] + [17 ± 1] = 69 ± 2 fotogrammi) rispetto all'indicazione dell'orologio radiocontrollato.
È stato rilevato che:
-3del tradizionale conto alla rovescia in TV;
Ulteriori integrazioni di questi risultati saranno eventualmente pubblicate sulla base di altre misure pervenute dai lettori tramite e-mail.
Questo breve documento è stato realizzato dai docenti di area scientifica del Liceo Classico e Linguistico Mazzini di Genova.
Puoi inviare commenti all'indirizzo email: wemeasure@liceomazzini.it.
Il Liceo Mazzini di Genova ringrazia la redazione del quotidiano Il Secolo XIX e del programma Unomattina di RAI per l'interesse che hanno mostrato per l'esperimento, per l'ospitalità e per la serietà con cui la diffusione delle notizie è stata effettuata.