Synteza modelowania fizycznego - Physical modelling synthesis

Synteza modelowanie fizyczne dotyczy dźwięku syntezy sposoby, w których kształt fali z dźwiękiem być generowane jest obliczana za pomocą modelu matematycznego , zestaw równań i algorytmów symulować fizyczną źródła dźwięku, zwykle instrumencie .

Ogólna metodologia

Modelowanie próbuje odtworzyć prawa fizyki rządzące wytwarzaniem dźwięku i zazwyczaj ma kilka parametrów, z których niektóre są stałymi, które opisują fizyczne materiały i wymiary instrumentu, podczas gdy inne są funkcjami zależnymi od czasu, opisującymi interakcję gracza z instrumentem, takie jak szarpanie sznurka lub zakrywanie dziur tonowych.

Na przykład, aby wymodelować dźwięk bębna , istniałby matematyczny model tego, jak uderzenie w bęben wprowadza energię do dwuwymiarowej membrany. Uwzględniając to, większy model symulowałby właściwości membrany (gęstość masy, sztywność itp.), jej sprzężenie z rezonansem cylindrycznego korpusu bębna oraz warunki na jej granicach (sztywne zakończenie korpusu bębna ), opisując jego ruch w czasie, a tym samym generowanie dźwięku.

Podobne etapy do modelowania można znaleźć w instrumentach takich jak skrzypce , chociaż wzbudzenie energii w tym przypadku jest zapewniane przez zachowanie smyczka w stosunku do struny, szerokość smyczka, rezonans i tłumienie smyczka. struny, przenoszenie wibracji strun przez mostek i wreszcie rezonans pudła rezonansowego w odpowiedzi na te wibracje.

Ponadto ta sama koncepcja została zastosowana do symulacji dźwięków głosu i mowy . W tym przypadku syntezator zawiera matematyczne modele drgań fałdów głosowych i związanego z nimi przepływu powietrza w krtani, a w konsekwencji propagacji fali akustycznej wzdłuż traktu głosowego . Co więcej, może również zawierać model artykulacyjny do kontrolowania kształtu traktu głosowego pod względem położenia warg, języka i innych narządów.

Chociaż modelowanie fizyczne nie było nową koncepcją w akustyce i syntezie, zostało zaimplementowane przy użyciu aproksymacji równania falowego metodą różnic skończonych przez Hillera i Ruiza w 1971 roku, dopiero opracowanie algorytmu Karplusa-Stronga , późniejsze udoskonalenie i uogólnienie algorytm do niezwykle wydajnej syntezy falowodów cyfrowych autorstwa Juliusa O. Smitha III i innych oraz wzrost mocy DSP pod koniec lat 80., że komercyjne implementacje stały się możliwe.

Yamaha podpisała kontrakt z Uniwersytetem Stanforda w 1989 roku na wspólne opracowanie cyfrowej syntezy falowodów; następnie większość patentów związanych z technologią jest własnością Stanford lub Yamaha.

Pierwszym komercyjnie dostępnym syntezatorem modelowania fizycznego wykonanym przy użyciu syntezy falowodowej był Yamaha VL1 w 1994 roku.

Podczas gdy wydajność cyfrowej syntezy falowodów umożliwiła modelowanie fizyczne na zwykłym sprzęcie DSP i natywnych procesorach, przekonująca emulacja instrumentów fizycznych często wymaga wprowadzenia elementów nieliniowych, połączeń rozpraszających itp. W takich przypadkach falowody cyfrowe są często łączone z FDTD , metody z filtrem cyfrowym skończonym lub falowym, zwiększające wymagania obliczeniowe modelu.

Technologie związane z modelowaniem fizycznym

Przykłady syntezy modelowania fizycznego:

Bibliografia

  • Hiller, L.; Ruiz, P. (1971). „Syntezowanie dźwięków muzycznych poprzez rozwiązywanie równania fali dla wibrujących obiektów”. Czasopismo Towarzystwa Inżynierii Dźwięku .
  • Karplus, K.; Silny, A. (1983). „Cyfrowa synteza szarpanych barw strun i bębnów”. Dziennik muzyki komputerowej . Dziennik muzyki komputerowej, tom. 7, nr 2. 7 (2): 43–55. doi : 10.2307/3680062 . JSTOR  3680062 .
  • Cadoz, C.; Luciani A; Florensa JL (1993). „CORDIS-ANIMA: System modelowania i symulacji do syntezy dźwięku i obrazu: Ogólny formalizm”. Dziennik muzyki komputerowej . Dziennik muzyki komputerowej, MIT Press 1993, tom. 17, nr 1. 17/1 (1).

Przypisy

Dalsza lektura

  • „Następne pokolenie, część 1”. Muzyka przyszłości . Nr 32. Przyszłe wydawnictwa. Czerwiec 1995. s. 80. ISSN  0967-0378 . OCLC  1032779031 .

Linki zewnętrzne