Синтез физического моделирования относится к методам синтеза звука , в которых форма генерируемого звука вычисляется с использованием математической модели , набора уравнений и алгоритмов для моделирования физического источника звука, обычно музыкального инструмента .
Моделирование пытается воспроизвести законы физики, которые управляют воспроизведением звука, и обычно имеет несколько параметров, некоторые из которых являются константами, описывающими физические материалы и размеры инструмента, а другие являются зависящими от времени функциями, описывающими взаимодействие игрока с инструментом. например, перещипывание струны или закрытие тональных отверстий.
Например, для моделирования звука барабана потребуется математическая модель того, как удар по пластику впрыскивает энергию в двумерную мембрану. Учитывая это, более крупная модель будет моделировать свойства мембраны (плотность массы, жесткость и т. д.), ее связь с резонансом цилиндрического корпуса барабана и условия на ее границах (жесткое соединение с корпусом барабана). ), описывающее его движение во времени и, следовательно, генерацию звука.
Подобные этапы, подлежащие моделированию, можно обнаружить в таких инструментах, как скрипка , хотя возбуждение энергии в этом случае обеспечивается за счет скольжения смычка по струне, ширины смычка, резонанса и демпфирующего поведения смычка. струны, передача колебаний струн через подставку и, наконец, резонанс деки в ответ на эти вибрации.
Кроме того, та же концепция была применена для имитации голоса и звуков речи . [1] В этом случае синтезатор включает в себя математические модели колебаний голосовых связок и связанного с ними потока воздуха в гортани, а также последующего распространения акустических волн по речевому тракту . Кроме того, он также может содержать артикуляционную модель для управления формой голосового тракта с точки зрения положения губ, языка и других органов.
Хотя физическое моделирование не было новой концепцией в акустике и синтезе, поскольку оно было реализовано с использованием конечно-разностных аппроксимаций волнового уравнения Хиллером и Руисом в 1971 году , только после разработки алгоритма Карплюса-Стронга , последующего усовершенствование и обобщение алгоритма в чрезвычайно эффективный синтез цифровых волноводов Джулиусом О. Смитом III и другими, [ нужна ссылка ] и увеличение мощности DSP в конце 1980-х годов [2] сделали коммерческие реализации возможными.