5G E FORMAZIONE MUSICALE DIGITALE
di Luca Ludovico *
Le notizie che ci arrivano dai media sul cosiddetto “5G” ci raccontano soprattutto della competizione in atto tra USA e Cina per il predominio derivante dall’utilizzo di questa tecnologia a livello globale. Dietro la sigla 5G (e l’attesa 6G) c’è però un’innovazione che rivoluzionerà il mondo delle telecomunicazioni migliorando sensibilmente il nostro modo di comunicare per via digitale e aprendo nuove prospettive di sviluppo anche nell’ambito della didattica musicale.
La sigla 5G indica la quinta generazione di reti mobili per le comunicazioni. Sebbene si tratti di una tecnologia ancora in fase di sperimentazione, essa promette di rivoluzionare il modo di comunicare e condividere contenuti, con un profondo impatto nell’ambito professionale, dell’intrattenimento ed educativo.
Le specifiche 5G prefigurano prestazioni assai superiori a quelle delle attuali reti mobili, in particolare riguardo tre aspetti: la velocità di trasmissione dei dati, la diminuzione delle latenze e la maggiore densità dei dispositivi connessi. In termini numerici, gli obiettivi rispetto alle tecnologie precedenti sono: moltiplicare da 10 a 100 volte la velocità di trasferimento dei dati per singolo utente, moltiplicare da 10 a 100 volte il numero di dispositivi connessi, moltiplicare per 1.000 il volume di traffico supportato in una data area, ridurre di 5 volte le latenze punto a punto e moltiplicare per 10 la durata delle batterie per dispositivi di comunicazione a bassa potenza. Da questi numeri, in particolare per quanto riguarda la densità di dispositivi e il basso consumo energetico, emerge l’obiettivo collaterale di supportare meglio l’Internet of Things, ossia il massivo collegamento in rete di oggetti intelligenti (smart objects) in grado di scambiare dati con finalità di monitoraggio, ottimizzazione, automatizzazione dei processi, uso di tecniche di apprendimento automatico, e via dicendo. Si pensi alle reti di sensori per governare l’illuminazione cittadina o per rispondere prontamente a un evento sismico. L’abbattimento delle latenze va invece nella direzione di applicazioni quali l’automazione industriale e la guida autonoma, in cui i sensori devono trasmettere rapidamente i dati ai sistemi di controllo e gli attuatori devono rispondere “in tempo reale” alla ricezione di informazioni dalla rete.
Va precisato che le caratteristiche tecniche delineate nei documenti di specifica al momento sono puramente teoriche. Le sperimentazioni “sul campo” sono state svolte finora in ambienti controllati, per cui i risultati non si possono considerare ancora attendibili in un contesto d’uso reale. È difficile confrontare tali ambienti di test, con il collegamento di pochi dispositivi ad antenne dedicate, con uno scenario metropolitano, in cui più utenti accedono in modo concorrente a un’eterogeneità di servizi di rete, contendendosi le risorse disponibili. È altrettanto vero che i progressi in campo tecnologico sono assai rapidi, soprattutto quando vi sono forti interessi economici come in questo caso, ragion per cui i test condotti negli ultimi due anni e discussi nella letteratura scientifica possono essere considerati ormai ampiamente superati. In particolare, l’imminente lancio di servizi commerciali 5G da parte degli operatori di telefonia dovrebbe spingere a garantire una buona qualità di servizio.
In definitiva, il 5G non ambisce a essere solo una tecnologia di rete notevolmente più veloce, ma anche più affidabile, disponibile con continuità e portatrice di servizi innovativi per l’utente finale.
NUOVE OPPORTUNITÀ PER LA DIDATTICA MUSICALE
A partire dall’impianto teorico fin qui esposto, è possibile ipotizzare nuove applicazioni e servizi nell’ambito dell’educazione musicale. Sebbene alcune caratteristiche del 5G non appaiano particolarmente centrali in uno scenario didattico, e l’istinto sarebbe quello di focalizzarsi unicamente sulla velocità di scambio dei dati (bitrate), saranno proprio questi ulteriori aspetti i più originali e interessanti.
Riguardo la velocità, le reti mobili attualmente disponibili sono già sufficienti per supportare lo scambio di oggetti didattici quali testi, immagini, audio compresso e non compresso e perfino video in HD. Infatti, già nelle specifiche rilasciate nel 1998 il 4G prevedeva un bitrate (massimo) di 100 Mbit/s nelle reti ad alta mobilità, ad esempio in auto o in treno. Considerando ora i requisiti di alcune significative applicazioni di rete, la teleconferenza interattiva in tempo reale richiede circa 2 Mbit/s, lo streaming video ad alta risoluzione un intervallo di 4-8 Mbit/s, lo streaming video in 3D circa 9 Mbit/s, lo streaming video 4K circa 25 Mbit/s. Quindi, l’attuale 4G (in condizioni ottimali di ricezione e di traffico) risulterebbe sufficiente a fruire in tempo reale del video ad altissima risoluzione di una performance musicale in streaming, come pure di una lezione interattiva in tempo reale con scambio di audio ad alta qualità. Va precisato che, quando vengono chiamati in causa aspetti quali sincronizzazione e interazione, i fattori di criticità non si annidano solo nella velocità della rete, ma anche nella minimizzazione delle latenze, di cui tratteremo più avanti.
Esistono comunque applicazioni che richiedono bitrate estremamente elevati, di cui 5G potrebbe farsi carico. Per esempio, la realtà aumentata (augmented reality, AR) e la realtà virtuale (virtual reality, VR) interattiva hanno requisiti nell’intervallo tra 100 Mbit/s e 5 Gbit/s. Quindi, sebbene alcuni esperimenti di performance distribuita e di lezioni di musica in realtà virtuale siano già noti in letteratura, le attuali reti mobili non sarebbero in grado di supportarli; al contrario, il 5G, che in alcuni esperimenti si è rivelato in grado di raggiungere velocità di picco di 70 Gbit/s e latenze inferiori a 5 ms, si ripromette di abbattere questo limite.
Riguardo la densità delle connessioni, è esperienza condivisa che la qualità dei servizi di rete venga compromessa dall’affollamento degli ambienti. L’utilizzo di dispositivi mobili per la fruizione di contenuti didattici musicali con approcci BYOD (bring your own device) al momento risulta possibile solo in ambienti caratterizzati da una densità relativamente bassa di studenti, da un uso sporadico di dispositivi tecnologici collegati in rete e dallo scambio di materiali dal bitrate modesto. Grazie al 5G, si possono invece prevedere esperienze educative in luoghi densamente affollati, con alta concentrazione di dispositivi e servizi di rete probanti dal punto di vista della velocità richiesta.
Anche se l’attuale situazione legata all’emergenza Covid-19 richiede il distanziamento tra studenti, si può ipotizzare un ritorno alla normalità in cui le lezioni potranno svolgersi in auditorium, sale da concerto, stadi, oppure i contenuti didattici saranno fruibili in luoghi atipici quali treni o autobus. Da questo punto di vista, il 5G promette un’alta qualità di servizio anche in scenari di elevata mobilità, quali i treni ad alta velocità.
Infine, per quanto riguarda l’abbattimento dei fenomeni di latenza, si possono tollerare valori di ritardo relativamente alti nelle attività didattiche asincrone (per esempio, nella fruizione personale di contenuti video) o in situazioni a limitata interazione (per esempio, lezioni frontali in teleconferenza in cui le domande degli studenti vengono poste via chat o si concentrano in una sessione finale). Nei già citati sistemi di videoconferenza che prevedono interazione, è considerato tollerabile un ritardo inferiore a 100 ms, mentre nel sound and music computing il valore soglia cui spesso si fa riferimento è di soli 5 ms. Si considerino gli scenari di una lezione di musica a distanza o di una performance geograficamente distribuita, che rappresentano attività sincrone con requisiti di alto bitrate e bassa latenza. Il problema assume rilievo ancora maggiore se gli interlocutori nella comunicazione sono più di due: si pensi a un’orchestra sinfonica che si esercita simultaneamente da remoto. In questo senso, la qualità di servizio promessa dal 5G dovrebbe migliorare sensibilmente la situazione.
LA FRUIZIONE PERSONALIZZATA DI CONTENUTI DI QUALITÀ
Volendo infine presentare un esempio che coniuga tutti i benefici del 5G fin qui esposti, ci si può focalizzare sulla fruizione personalizzata di contenuti didattici di alta qualità, guidata dalle scelte e dalle esigenze dell’utente. Si tratta di uno scenario studiato da un punto di vista scientifico e implementato presso il Laboratorio di Informatica Musicale (LIM) dell’Università degli Studi di Milano. L’idea è poter analizzare un dato brano musicale prendendo in considerazione i diversi aspetti di cui esso si compone: partitura, esecuzioni disponibili nella forma di tracce audio o di video, forme di notazione alternativa, informazione strutturale sulla composizione, dati e metadati in formato testuale, e via dicendo.
Esempi in questo senso sono disponibili all’indirizzo https://ieee1599.lim.di.unimi.it/, nella sezione “Music archive”. Ogni tipo di rappresentazione può prevedere più istanze, ad esempio più edizioni della partitura o più tracce audio/video, e può richiedere la trasmissione di oggetti digitali ad altissima qualità. La fruizione delle molteplici fonti deve essere mutuamente sincronizzata, e il passaggio dall’una all’altra deve avvenire senza che l’utente percepisca discontinuità. I vantaggi di un’esperienza didattica di questo tipo sono molteplici. Limitandosi a qualche esempio: uno strumentista, un cantante o un direttore d’orchestra possono confrontarsi con le grandi esecuzioni del passato; uno studente può essere agevolato dalle funzioni di score following (si pensi allo sviluppo di capacità nella lettura della partitura) o dal confronto tra diverse forme di scrittura musicale (si pensi alla notazione quadra del canto gregoriano in relazione alla notazione moderna); un musicologo può avvalersi di forme di analisi automatica e di visualizzazione dei risultati direttamente all’interno dei materiali, agevolando la comprensione dei processi. Sebbene la funzionalità non sia ancora supportata dalla piattaforma sopra menzionata, si può agevolmente pensare di integrare video in realtà virtuale, con la possibilità per l’utente di “muoversi” all’interno dell’ambiente (sulla scena di un’opera, nella buca d’orchestra, nella sala da concerto, ecc.) vedendo e ascoltando in modo immersivo.
Nello scenario descritto, l’invio di stream multimediali simultanei tra i quali scegliere la combinazione più opportuna richiede un elevato bitrate, il supporto a un’eventuale interazione in tempo reale comporta l’abbattimento delle latenze, la fruizione in mobilità in un ambiente potenzialmente affollato necessita di gestire dispositivi concentrati in una piccola area. Però, l’efficacia pedagogica legata alla personalizzazione dell’esperienza educativa comporta vantaggi facilmente intuibili, anche nel supporto offerto a studenti con disabilità visive, uditive o cognitive.
Come dimostrato dagli esempi menzionati, il 5G potrebbe comportare un cambio di paradigma nell’educazione musicale, a patto che vengano progettati e implementati servizi e applicazioni in grado di sfruttarne a pieno le caratteristiche. Per valutare la capacità di penetrazione del 5G in questo e in altri ambiti, non va però trascurato un ultimo aspetto, che in passato ha determinato il successo o l’insuccesso di analoghe iniziative: il costo dei servizi per l’utente finale.
* Luca Ludovico è docente presso il Laboratorio di Informatica Musicale (LIM) dell’Università degli Studi di Milano