Синтез Физического моделирования относится к звуковому синтезу методам , в которых сигнал от звука , чтобы быть сгенерирован вычисляется с помощью математической модели , набора уравнений и алгоритмов для моделирования физического источника звука, обычно музыкальный инструмента .
Общая методология [ править ]
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 - зависящими от времени функциями, описывающими взаимодействие игрока с инструментом. например, дернуть за веревку или закрыть дырки.
Например, чтобы смоделировать звук барабана , нужна математическая модель того, как удар по пластине барабана вводит энергию в двумерную мембрану. Включая это, более крупная модель будет имитировать свойства мембраны (массовая плотность, жесткость и т. Д.), Ее связь с резонансом цилиндрического тела барабана и условия на его границах (жесткое окончание корпуса барабана ), описывая его движение с течением времени и, следовательно, генерирование звука.
Подобные моделируемые ступени можно найти в таких инструментах, как скрипка , хотя энергетическое возбуждение в этом случае обеспечивается за счет скольжения смычка относительно струны, ширины смычка, резонанса и демпфирующего поведения смычка. струны, передача колебаний струны через мост и, наконец, резонанс деки в ответ на эти колебания.
Кроме того, та же концепция была применена для имитации голоса и звуков речи . [1] В этом случае синтезатор включает математические модели колебаний голосовых связок и связанного с ними потока воздуха в гортани и, как следствие, распространения акустических волн по речевому тракту . Кроме того, он также может содержать артикуляционную модель для управления формой речевого тракта с точки зрения положения губ, языка и других органов.
Несмотря на то, физическое моделирование не является новой концепцией в акустике и синтезе, будучи реализовано с использованием разностных аппроксимаций волнового уравнения Хиллером и Ruiz в 1971 году [ править ] , он не был до развития Карплуса-Strong алгоритма , последующее Юлиус О. Смит III и другие усовершенствовали и обобщили алгоритм в чрезвычайно эффективном синтезе цифровых волноводов , [ цитата необходима ] и увеличили мощность DSP в конце 1980-х [2], что коммерческое внедрение стало возможным.
Yamaha заключила контракт со Стэнфордским университетом в 1989 г. [3] на совместную разработку цифрового волноводного синтеза; впоследствии большинство патентов, связанных с этой технологией, принадлежит Стэнфорду или Yamaha.
Первым коммерчески доступным синтезатором физического моделирования, созданным с использованием волноводного синтеза, был Yamaha VL1 в 1994 году. [4] [5]
В то время как эффективность цифрового синтеза волноводов сделала возможным физическое моделирование на обычном оборудовании DSP и собственных процессорах, убедительная эмуляция физических инструментов часто требует введения нелинейных элементов, рассеивающих переходов и т. Д. В этих случаях цифровые волноводы часто комбинируются с FDTD , [6] методы конечных элементов или волновых цифровых фильтров, увеличивающие вычислительные требования модели. [7]
Технологии, связанные с физическим моделированием [ править ]
Примеры синтеза физического моделирования:
- Струнный синтез Karplus-Strong
- Цифровой волноводный синтез
- Физические сети массового взаимодействия
- Формантный синтез
- Артикуляционный синтез
Ссылки [ править ]
- Хиллер, Л .; Руис, П. (1971). «Синтез музыкальных звуков путем решения волнового уравнения для вибрирующих объектов». Журнал Общества звукорежиссеров .
- Karplus, K .; Стронг, А. (1983). «Цифровой синтез тембров щипковых струн и барабанов». Компьютерный музыкальный журнал . Компьютерный музыкальный журнал, Vol. 7, No. 2. 7 (2): 43–55. DOI : 10.2307 / 3680062 . JSTOR 3680062 .
- Юлий О. Смит III (декабрь 2010 г.). Обработка физического аудиосигнала .
- Cadoz, C .; Лучани А; Флоренс JL (1993). «CORDIS-ANIMA: система моделирования и имитации для синтеза звука и изображения: общий формализм». Компьютерный музыкальный журнал . Журнал компьютерной музыки, MIT Press 1993, Vol. 17, № 1. 17/1 (1).
Сноски [ править ]
- ^ Энглерт, Марина; Мадацио, Глаусия; Гелов, Ингрид; Лусеро, Хорхе; Бехлау, Мара (2017). «Анализ ошибок восприятия человеческих и синтезированных голосов». Журнал голоса . 31 (4): 516.e5–516.e18. DOI : 10.1016 / j.jvoice.2016.12.015 . PMID 28089485 .
- ^ Vicinanza, D: Astra Project . «Архивная копия» . Архивировано из оригинала на 2013-11-04 . Проверено 23 октября 2013 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка ), 2007.
- ^ Джонстон, B: Волна будущего . http://www.harmony-central.com/Computer/synth-history.html Архивировано 20 апреля2012 г. в WebCite , 1993 г.
- ^ Вуд, С.Г.: Объективные методы тестирования волноводного аудиосинтеза . Магистерская диссертация - Университет Бригама Янга, http://contentdm.lib.byu.edu/cdm4/item_viewer.php?CISOROOT=/ETD&CISOPTR=976&CISOBOX=1&REC=19 Архивировано 11 июня 2011 г.на Wayback Machine , 2007 г.
- ^ "Ямаха VL1" . Звук на звук . Июль 1994 Архивировано из оригинала 8 июня 2015 года.
- ^ Проект NESS http://www.ness.music.ed.ac.uk
- ^ К. Уэбб и С. Бильбао, "Об ограничениях синтеза физического моделирования в реальном времени с модульной средой" http://www.physicalaudio.co.uk
Дальнейшее чтение [ править ]
- «Следующее поколение, часть 1». Музыка будущего . № 32. Будущее издательство. Июнь 1995. с. 80. ISSN 0967-0378 . OCLC 1032779031 .
Внешние ссылки [ править ]
- Юлий. О. Смит III: Основное введение в синтез цифровых волноводов
- Синтез музыки приближается к качеству звука реальных инструментов - пресс-релиз Стэнфордского университета за 1994 год