INFORMATICA FORENSE

Restauro dei file audio per scopi forensi: teoria e tecniche operative

Nei procedimenti giudiziari si usano spesso le registrazioni delle conversazioni come fonte di prova, ma non sempre i reperti hanno buona qualità sonora: in questi casi è utile procedere con il restauro dei file audio per diminuire il più possibile le fonti di disturbo. Ecco in che modo

13 Mag 2022
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Michele Vitiello

Consulente informatico forense

Al giorno d’oggi, sempre più persone hanno preso l’abitudine di registrare conversazioni di interesse, come ad esempio riunioni di lavoro, telefonate, oppure addirittura episodi con screzi, utilizzando quanto acquisito in procedimenti giudiziari come fonte di prova, al fine di dar maggiore peso alla propria posizione.

Solitamente, dato che la registrazione viene effettuata senza che le altre parti ne siano a conoscenza, per non creare sospetti lo strumento utilizzato (solitamente smartphone o registratori digitali) viene tenuto nascosto, solitamente in tasca o in borsa, deteriorando la qualità dell’audio in quanto il microfono è lontano dalla sorgente del suono, aggiungendo anche fonti di disturbo come, ad esempio, il rumore dovuto a sfregamenti e fruscii, i quali molto spesso vanno a sovrastare la voce dei parlanti.

Altre fonti di disturbo che vanno a diminuire la qualità degli audio sono sicuramente i rumori ambientali, in particolar modo il traffico, la musica, la TV e le voci di altre persone nelle vicinanze sono tra le cause più comuni.

Nel caso il reperto registrato non permettesse di comprendere le parti più importanti del discorso o determinati concetti chiave, è necessario estrarre l’audio e fornirlo ad un esperto del settore, al fine di effettuare il restauro del file, cercando il più possibile di diminuire le fonti di disturbo, amplificando e rendendo comprensibili le parti di interesse.

Le operazioni effettuate dagli esperti del settore prevedono, in genere, il controllo dell’integrità e il miglioramento della chiarezza del discorso, elevando sia l’intelligibilità dello stesso che le voci proponendo, se richiesta, trascrizione del dialogo e la ricostruzione degli eventi.

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Reperti audio: cosa sono

Per reperto audio si intende qualsiasi file audio estrapolato da un’evidenza digitale.

Ad oggi sono molteplici le applicazioni che utilizzano file audio come, ad esempio, i messaggi vocali di WhatsApp.

Sono oggetto di studio anche file di registrazioni, intercettazioni e saggi fonici.

Talvolta vengono consegnati supporti ancora in formato analogico ed è quindi necessario convertire la traccia audio in formato audio digitale, in modo da poter utilizzare i prodotti software principalmente in commercio.

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I file possono essere manomessi (ad esempio tagliati e modificati per interessi personali) e l’esperto audio forense deve riconoscere l’integrità dei reperti che analizza.

Un file audio di buona qualità fa la differenza durante le indagini, infatti potrebbe essere la fonte di prova definitiva (immaginiamo anche le intercettazioni telefoniche, ambientali e mediante trojan utilizzate dalla Polizia Giudiziaria) per la risoluzione di un caso, di conseguenza è fondamentale conoscere le tecniche per migliorare il file.

Spesso, infatti, come già anticipato, le registrazioni avvengono in contesti molto rumorosi (voci sovrapposte, macchine o motori, musica) che possono modificare in modo significativo lo spettro audio relativo al parlato ed essendo, l’analisi fonica piuttosto complessa, è bene avere una buona base di partenza.

Per comprendere le tecniche di restauro audio, è necessario descrivere i principali concetti della teoria del suono.

Teoria del suono

Il suono è prodotto quando una sorgente (oggetto) vibra e causa un movimento dell’aria. Il suono si diffonde in ogni direzione e l’aria non viene spostata, in quanto, è il movimento delle singole particelle che si trasferisce.

Il suono nasce dalle vibrazioni di un corpo elastico e per propagarsi ha bisogno di un mezzo: aria o qualsiasi sostanza solida, liquida o gassosa. In particolare, si diffonde grazie alle vibrazioni che compongono una sequenza di compressioni e rarefazioni.

Nel moto oscillatorio, queste molecole creano le “onde sonore”, percepite dall’orecchio umano. In base alla densità dell’elemento dove il suono viene propagato, abbiamo una differenza di velocità di trasmissione.

Normalmente, le onde sonore sono rappresentate come dei grafici aventi una forma ondulata, denominata sinusoide.

Rappresentazione di un’onda sonora.

Per una migliore comprensione di seguito verranno descritte le caratteristiche metriche del suono.

Frequenza

La frequenza è il numero che definisce quante volte al secondo oscilla un’onda sonora, si misura in cicli al secondo e l’unità di misura è Hertz (Hz).

Suoni acuti e alti, come le sirene della polizia, fischi o sibili, hanno frequenze dal numero alto (alte frequenze), al contrario suoni gravi e bassi, come un tuono in lontananza o un basso tuba, hanno numeri di frequenza piccoli (basse frequenze).

Nei restauri audio, la frequenza è discriminante, in quanto è distintiva per identificare le voci degli individui (in realtà esiste una frequenza fondamentale e altre formanti o armoniche secondarie).

Ampiezza

L’ampiezza è la massima altezza dell’onda sonora dalla sua posizione di riposo. L’intensità di un’onda è proporzionale al quadrato dell’ampiezza, di conseguenza, più è alta l’ampiezza, più è alto il volume del suono prodotto.

Ampiezza di un’onda sonora.

In fase di restauro, l’esporto fonico tende a voler aumentare l’ampiezza proprio perché indice dell’intelligibilità del file audio stesso.

Lunghezza d’onda

La lunghezza d’onda è la distanza tra due creste (o qualsiasi altri due punti identici dell’onda).

Rappresentazione grafica della lunghezza d’onda.

Fase

La differenza di fase rappresenta lo spostamento tra due onde della stessa frequenza, in gradi o radianti.

Differenza di fase dell’onda sonora.

Formati e rappresentazioni dei file audio

A seconda della loro provenienza, i file audio possono presentarsi in diversi formati, ovvero “contenitori” che inglobano al loro interno diversi tipi di dati compressi tramite una codifica audio, come ad esempio “MP4” (.mp4, .m4a, ecc.) o “3GP” (.3gp).

Per formato, invece, si intende la metodologia di salvataggio dell’audio digitale nel dispositivo informatico. Il layout dei bit dei file audio viene definito anche come codifica audio, che può essere compresso o decompresso per ridurre le dimensioni del file. I dati di solito sono incorporati in un formato contenitore o in un formato di dati audio con un livello di archiviazione definito.

Compressione

In generale, esistono file audio lineari (non compressi) o compressi. Quando si parla di compressione si fa riferimento ad un processo che permette di ridurre le dimensioni di un file originale in un elemento più piccolo, che può portare sia perdita di dati che il mantenimento intatto degli stessi.

In particolare, esistono due tipologie di compressione:

  1. con perdita (lossy): quando l’informazione contenuta nel file compresso è minore di quella contenuta nel file di origine;
  2. senza perdita (lossless): quando l’informazione contenuta nel file compresso è identica a quella contenuta nel file di origine.

Alcuni tra i formati più comunemente utilizzati sono i seguenti:

  1. WAV (Waveform Audio). Formato non compresso utilizzato per memorizzare audio di alta qualità;
  2. MP3 (MPEG-2 Audio Layer III). Formato compresso utilizzato per memorizzare audio di buona qualità;
  3. AAC (Advanced Audio Coding). Formato compresso di tipo “lossy” per memorizzare audio di qualità discreta;
  4. OPUS (WhatsApp). Formato compresso di tipo “lossy” adatto alle applicazioni interattive in tempo reale via Internet, utilizzato ad esempio dall’applicazione WhatsApp.

Tecniche di restauro

Come spiegato nella fase introduttiva del presente articolo, spesso le registrazioni fornite sono spesso disturbati da rumori di sottofondo o voci esterne. Verranno quindi presentati l’ascolto critico, costituente il punto di partenza per un’analisi audio, le tecniche di equalizzazione, elaborazione dinamica e riduzione del rumore e del riverbero.

Ascolto critico

L’ascolto critico è la pietra miliare del restauro dei file audio, l’esperto fonico ha un proprio ascolto altamente qualificato e critico in grado di rilevare sezioni audio cruciali che devono essere migliorate.

Possono essere utilizzate casse o cuffie specifiche con cancellazione del rumore in modo da poter osservare sia le gamme di frequenza sia i livelli di registrazione, utilizzando software e tool specifici.

La scelta dell’attrezzatura deve essere eseguita con cautela, cercando di selezionare degli strumenti “neutri”, ossia che non enfatizzino parti di audio piuttosto che altre.

Generalmente, si prediligono le cuffie chiuse con risposta in frequenza lineare.

Equalizzazione

L’equalizzazione è un processo che riduce le frequenze indesiderate e migliora quelle necessarie e utili ai fini del restauro.

Con la rimozione delle frequenze “che distraggono”, l’esperto di miglioramento audio forense può eseguire altre procedure in maniera fluida e incisiva. I campi in cui si utilizza l’equalizzazione sono molteplici, solo per citarne alcuni, rientrano:

  1. la correzione timbrica;
  2. l’eliminazione/riduzione di rumori ricorrenti;
  3. la creazione di suoni nuovi, manipolati;
  4. la correzione dell’acustica in uno studio di registrazione.

Elaborazione della dinamica

La compressione del suono aumenta i livelli di volume e li bilancia per chiarezza. L’esperto di miglioramento audio forense può utilizzare tecniche specifiche di compressione per aumentare il suono e ridurre il rumore indesiderato rimanente.

Questa tipologia di attività è molto utile quando si eseguono, ad esempio, attività di trascrizione dove è fondamentale comprendere parola per parola quanto detto per poter trascrivere integralmente i contenuti.

Riduzione del rumore e del riverbero

In questo passaggio i tecnici audio forensi rimuovono nel limite del possibile i suoni indesiderati. Questi ultimi possono disturbare le frequenze della voce e limitare la capacità di comprensione e intelligibilità delle parole.

Durante il processo di riduzione del rumore, viene utilizzato un profilo di rumore per rimuovere sistematicamente i suoni indesiderati senza influenzare il dialogo o altri segnali importanti. Vengono inoltre utilizzati strumenti per ridurre l’eco e il riverbero che influiscono sulla qualità dell’audio e del parlato.

Esempi software utilizzati per il restauro dei file audio

  • iZotope RX Audio Editor (commerciale): il ToolKit completo per il restauro e il miglioramento dell’audio;
  • Audacity (gratuito): software audio gratuito, open source e multipiattaforma. Trattasi di un editor e registratore audio multi-traccia facile da usare per Windows, Mac OS, GNU/Linux e altri sistemi operativi.

Conclusioni

Per concludere, si può affermare che il miglioramento di tracce audio è sempre possibile, ovviamente il risultato finale varia in maniera significativa in base alla qualità originale del file.

Sono ormai disponibili numerose tecniche di restauro e software specifici che aiutano i fonici durante il loro lavoro, ma come ogni altra disciplina non è possibile compiere miracoli, infatti, se una determinata frase è completamente sovrastata da un suono preponderante, non sarà assolutamente possibile comprenderne i contenuti.

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