Фізичне моделювання звукуФізи́чне моделюва́ння зву́ку — сукупність методів синтезу звуку, в яких форма хвилі генерованого звуку обчислюється за допомогою математичної моделі, що складається з набору рівнянь і алгоритмів для симуляції фізичного джерела звуку, зазвичай музичного інструменту. Така модель складається з законів фізики (можливо спрощених), які визначають спосіб отримання звуку, і зазвичай містять кілька параметрів, одні з яких описують фізичні властивості матеріалів і розміри інструмента, інші — змінюються з часом і описують взаємодію виконавця з інструментом (техніку виконання). Наприклад, для моделювання звуку барабана, потрібна формула, що описує передачу енергії від барабанної палички до двовимірної мембрані. Далі, властивості мембрани (розподіл маси, жорсткість тощо), резонування звуку в циліндричному корпусі барабана, граничні умови (пружний удар мембрани про корпус барабана) регулюють рух мембрани в часі і визначають підсумкову форму звукової хвилі. Схожі стадії моделювання будуть і для таких інструментів, як скрипка, хоча початкове збудження системи в цьому випадку буде регулюватися характером ковзання смичка по струні, шириною смичка, резонансом та демпфіруванням струн, передачею вібрацій струни через міст, і, нарешті, резонансом корпусу скрипки. Хоча фізичне моделювання не було новим напрямком в акустиці і синтезі, а метод кінцевих різниць використовувався для вирішення хвильового рівняння Гіллером і Руїсом в 1971 році, даний метод не був широко поширений аж до винаходу алгоритму Карплуса-Стронга. Потім алгоритм був поліпшений і узагальнений Джуліусом О. Смітом до обчислювально ефективного методу цифрового хвилеводу, що призвело до потужного розвитку цифрової обробки сигналів наприкінці 1980-х[1] і до здешевлення комерційних реалізацій. «Yamaha» підписала контракт зі Стенфордським університетом у 1989[2] для спільної розробки методу цифрових хвилеводів, і з тих пір більшість патентів в цій області належать їм. Першим комерційно доступним синтезатором з реалізацією фізичного моделювання звуку став Yamaha VL1, випущений в 1994 році[3]. У той час, як ефективність методом синтезу цифрових хвилеводом зробила фізичне моделювання доступним для звичайного апаратного забезпечення для обробки сигналів, реалістична емуляція фізичних інструментів часто вимагає використання нелінійних елементів. У цих випадках цифрові хвилеводи часто поєднують з методом скінченних різниць у часовій області[4], методом кінцевих елементів або цифровими хвильовими фільтрами, збільшуючи таким чином обчислювальну складність моделі[5]. Технології фізичного моделювання звукуПриклади методів фізичного моделювання звуку:
Віртуальні інструменти
Апаратні синтезатори
Примітки
|
Portal di Ensiklopedia Dunia
