Laudio forense è il campo della scienza forense che si occupa dell'acquisizione, dell'analisi e della valutazione delle registrazioni sonore che possono essere presentate come prove ammissibili in un tribunale o in un'altra sede ufficiale.
Le prove audio forensi possono provenire da un'indagine penale condotta dalle forze dell'ordine o come parte di un'inchiesta ufficiale su un incidente, una frode, un'accusa di calunnia o un altro incidente civile.
Gli aspetti principali dell'audio forense sono la determinazione dell'autenticità delle prove audio, il miglioramento delle registrazioni audio per migliorare l'intelligibilità del parlato e l'udibilità dei suoni di basso livello, l'interpretazione e la documentazione delle prove sonore, come l'identificazione dei parlanti, la trascrizione dei dialoghi e la ricostruzione delle scene del crimine o degli incidenti e delle tempistiche.
La moderna audio forense fa ampio uso dell'elaborazione digitale del segnale, mentre l'uso precedente di filtri analogici è ormai obsoleto. Tecniche come il filtraggio adattivo e le trasformate discrete di Fourier sono ampiamente utilizzate. I recenti progressi nelle tecniche di audio forense includono la biometria vocale e l'analisi della frequenza della rete elettrica.
Storia La possibilità di eseguire analisi audio forensi dipende dalla disponibilità di registrazioni audio effettuate al di fuori dei confini di uno studio di registrazione. I primi registratori portatili a nastro magnetico sono apparsi negli anni Cinquanta e ben presto questi dispositivi sono stati utilizzati per ottenere registrazioni clandestine di interviste e intercettazioni, oltre che per registrare gli interrogatori.
Il primo caso legale che ha invocato le tecniche audio forensi nei tribunali federali degli Stati Uniti è stato il caso United States v. McKeever, che ha avuto luogo negli anni Cinquanta.United States District Court, Southern District, New York. (1958). U.S. v. McKeever, 169 F. Supp.
426 (S.D.N.Y. 1958). Per la prima volta, al giudice del caso McKeever fu chiesto di determinare l'ammissibilità legale della conversazione registrata che coinvolgeva l'imputato.
Il Federal Bureau of Investigation (FBI) degli Stati Uniti ha iniziato a implementare l'analisi forense dell'audio e il miglioramento dell'audio all'inizio degli anni Sessanta.
Il campo dell'audio forense si è affermato principalmente nel 1973, durante lo scandalo Watergate. Un tribunale federale incaricò un gruppo di ingegneri audio di indagare sulle lacune dei nastri del Watergate, registrazioni segrete effettuate dal Presidente degli Stati Uniti Richard Nixon durante il suo mandato. L'indagine ha rilevato che nove sezioni separate di un nastro fondamentale erano state cancellate. Il rapporto diede origine a nuove tecniche di analisi del nastro magnetico.
Autenticità Una registrazione audio digitale può presentare molte sfide per la valutazione dell'autenticità. L'analisi dell'autenticità delle registrazioni audio digitali si basa sulle tracce lasciate all'interno della registrazione durante il processo di registrazione e da altre operazioni di editing successive. Il primo obiettivo dell'analisi è individuare e identificare quali di queste tracce possono essere recuperate dalla registrazione audio e documentarne le proprietà. In una seconda fase, le proprietà delle tracce recuperabili vengono analizzate per determinare se supportano o contrastano l'ipotesi che la registrazione sia stata modificata.
Per accedere all'autenticità delle prove audio, l'esaminatore ha bisogno di diversi tipi di osservazione, come ad esempio: controllare la capacità di registrazione, il formato della registrazione, rivedere la cronologia dei documenti, ascoltare l'intero audio. Le tecniche per controllare l'integrità di un segnale audio digitale si possono dividere in due categorie principali:
Tecniche basate sul Contenitore Tecniche basate sul Contenuto
Analisi del Contenitore L'analisi del contenitore consiste nel calcolo di funzioni di Hash, analisi del MAC e del formato del file.
Analisi Hash: Una stringa di caratteri univoca viene ricavata dai bit e dai byte del file audio e calcolata da una funzione hash di origine matematica. Queste funzioni possono essere utili per verificare che non siano state apportate modifiche a un file dal momento in cui è stato calcolato l'HASH alla successiva istanza di calcolo dell'HASH. MAC time stamps: Utilizzando le marche temporali MAC, l'esaminatore può rilevare la data e l'ora di creazione del file e delle sue modifiche, nonché l'ora dell'ultimo accesso. Le marche temporali MAC sono generate dall'interlock del sistema digitale, che però può essere corrotto da operazioni di copia/trasferimento o da operazioni di modifica. Formato del File: Analisi di alcuni parametri audio incorporati nel formato audio (codec, frequenza di campionamento, profondità di bit, ecc.). Header: Gli scienziati possono rilevare una modifica nella registrazione utilizzando le informazioni di intestazione del formato del file. A seconda del dispositivo e della marca, possono essere presenti informazioni sul modello, sul numero di serie, sulla versione del firmware, sull'ora, sulla data e sulla durata della registrazione (determinata dalle impostazioni dell'orologio interno). È utile annotare le marche temporali e confrontarle con la data e l'ora dichiarate dai registranti in merito alla data di creazione del file. Dati Esadecimali: I dati digitali grezzi del file possono contenere informazioni utili che possono essere esaminate in un lettore esadecimale con un visualizzatore di caratteri ASCII. Possono essere visualizzati gli indirizzi dei blocchi delle informazioni audio, i titoli dei software esterni (se presenti), le operazioni di post-elaborazione e altre informazioni utili.
Analisi del contenuto L'analisi del contenuto è la parte centrale del processo di analisi forense digitale e si basa sul contenuto del file audio per trovare tracce di manipolazione e operazioni di elaborazione anti-forense. Le tecniche forensi audio basate sul contenuto possono essere suddivise nelle seguenti categorie:
Frequenza della rete elettrica Impronta acustica dell'ambiente
Frequenza della rete elettrica
La frequenza della rete elettrica è una delle analisi forensi audio più affidabili e robuste.
Tutti i dispositivi di registrazione digitale sono sensibili alla frequenza indotta dell'alimentazione a 50 o 60 Hz, che a sua volta fornisce una firma di forma d'onda identificabile nella registrazione. Questo vale sia per le unità alimentate dalla rete elettrica che per i dispositivi portatili quando questi ultimi vengono utilizzati in prossimità di cavi di trasmissione o di apparecchiature alimentate dalla rete elettrica.
Il vettore di caratteristiche della frequenza della rete elettrica è ottenuto utilizzando un filtraggio passa-banda tra i 49 e i 51 Hz, senza ricampionare il file audio, per separare la forma d'onda della frequenza della rete elettrica dalla registrazione originale. I risultati vengono quindi tracciati e analizzati rispetto al database fornito dal fornitore di energia per provare o smentire l'integrità della registrazione, fornendo così un'autenticazione probatoria e scientifica del materiale in analisi.
Impronta acustica dell'ambiente Una registrazione audio è solitamente una combinazione di più segnali acustici, quali: sorgente diretta, segnali indiretti o riflessioni, sorgenti secondarie e rumore ambientale. I segnali indiretti, le sorgenti secondarie e il rumore ambientale sono utilizzati per caratterizzare un ambiente acustico. Il lavoro difficile consiste nell'estrapolare gli spunti acustici dalla registrazione audio.
L'identificazione dinamica dell'ambiente acustico può essere calcolata utilizzando una stima della riverberazione e del rumore di fondo.
Miglioramento dell'audio Il miglioramento dell'audio è il processo forense di affinamento del file audio, che rimuove e pulisce il rumore indesiderato da una registrazione altrimenti incomprensibile.
Gli scienziati forensi cercano di rimuovere questi rumori senza intaccare le informazioni originali presenti nel file audio. Il miglioramento permette di ottenere una migliore intellegibilità del file, in modo da provare o smentire la partecipazione di un individuo in un crimine.
Il fulcro dell'analisi di miglioramento dell'audio consiste nell'individuare i problemi di rumore e nell'estrarlo dal file originale, perché, se il rumore può essere invertito in qualche modo, può essere sfruttato e studiato per consentirne la successiva rimozione o attenuazione.
Gli obiettivi del miglioramento dell'audio forense sono:
Aumentare l'accuratezza delle trascrizioni Ridurre l'affaticamento degli ascoltatori Aumentare l'intelligibilità del parlato Aumentare l'SNR La prima fase del processo di miglioramento dell'audio è l'ascolto critico: la registrazione completa viene esaminata, al fine di formulare una valida strategia forense. La creazione di cloni della registrazione audio è essenziale, poiché non si lavora mai sulla registrazione master per avere il file originale e poterlo confrontare con esso. Durante l'intero processo di miglioramento, l'originale viene costantemente confrontato con la registrazione originale non elaborata, evitando così un'elaborazione eccessiva e prevenendo i problemi che potrebbero essere sollevati in seguito durante il processo. Seguire le linee guida e le procedure di lavoro consente a diversi specialisti di ottenere gli stessi risultati utilizzando la stessa elaborazione.
Possiamo dividere i suoni di disturbo in due categorie: rumore stazionario o rumore variabile nel tempo.
Il rumore stazionario ha un carattere costante, come un fischio, un ronzio, un rombo o un sibilo continuo. Supponiamo che il rumore stazionario occupi una gamma di frequenze diversa da quella dei segnali di interesse, ad esempio una registrazione vocale con un rimbombo costante nella gamma di frequenze inferiori a 100 Hz. In questo caso, è possibile applicare un filtro fisso, come un filtro passa-banda, per far passare approssimativamente la larghezza di banda del parlato. Di solito la larghezza di banda del parlato va da 250 Hz a 4 kHz.
Se la larghezza di banda del rumore stazionario occupa la stessa gamma di frequenze del segnale desiderato, un semplice filtro di separazione non sarà utile. Tuttavia, è possibile applicare un'equalizzazione per migliorare l'udibilità/intelligibilità del segnale desiderato.
Le sorgenti di rumore variabili nel tempo richiedono generalmente un'elaborazione più complicata rispetto alle sorgenti di rumore stazionarie e spesso non vengono soppresse in modo efficace.
Metodi di miglioramento Il miglioramento dell'audio è realizzato sia nel dominio del tempo, con il controllo automatico del guadagno, sia nel dominio della frequenza, con filtri selettivi di frequenza e sottrazione spettrale.
Controllo automatico del guadagno Il miglioramento nel dominio del tempo di solito comporta la regolazione del guadagno per normalizzare l'inviluppo di ampiezza del segnale audio registrato. In genere si utilizza la tecnica di controllo automatico del guadagno, o la tecnica di compressione/espansione del guadagno, che cerca di raggiungere un livello sonoro costante durante la riproduzione: le porzioni della registrazione riferibili solo al rumore vengono rese più silenziose, i passaggi del segnale a bassa ampiezza vengono amplificati e i passaggi forti vengono attenuati o lasciati così come sono.