La síntesis de modelado físico se refiere a métodos de síntesis de sonido en los que la forma de onda del sonido que se generará se calcula utilizando un modelo matemático , un conjunto de ecuaciones y algoritmos para simular una fuente física de sonido, generalmente un instrumento musical .
Metodología general
El modelado intenta replicar las leyes de la física que gobiernan la producción de sonido y, por lo general, tendrá varios parámetros, algunos de los cuales son constantes que describen los materiales físicos y las dimensiones del instrumento, mientras que otros son funciones dependientes del tiempo que describen la interacción del jugador con el instrumento. como puntear una cuerda o tapar los agujeros.
Por ejemplo, para modelar el sonido de un tambor , habría un modelo matemático de cómo golpear el parche inyecta energía en una membrana bidimensional. Incorporando esto, un modelo más grande simularía las propiedades de la membrana (densidad de masa, rigidez, etc.), su acoplamiento con la resonancia del cuerpo cilíndrico del tambor y las condiciones en sus límites (una terminación rígida al cuerpo del tambor ), describiendo su movimiento a lo largo del tiempo y, por tanto, su generación de sonido.
Se pueden encontrar etapas similares a modelar en instrumentos como un violín , aunque la excitación de energía en este caso es proporcionada por el comportamiento de deslizamiento del arco contra la cuerda, el ancho del arco, la resonancia y el comportamiento de amortiguación del arco. cuerdas, la transferencia de las vibraciones de las cuerdas a través del puente y, finalmente, la resonancia de la caja de resonancia en respuesta a esas vibraciones.
Además, se ha aplicado el mismo concepto para simular la voz y los sonidos del habla . [1] En este caso, el sintetizador incluye modelos matemáticos de la oscilación de las cuerdas vocales y el flujo de aire laríngeo asociado, y la consiguiente propagación de la onda acústica a lo largo del tracto vocal . Además, también puede contener un modelo articulatorio para controlar la forma del tracto vocal en términos de la posición de los labios, la lengua y otros órganos.
Aunque el modelado físico no era un concepto nuevo en acústica y síntesis, habiendo sido implementado usando aproximaciones en diferencias finitas de la ecuación de onda por Hiller y Ruiz en 1971 [ cita requerida ] , no fue hasta el desarrollo del algoritmo Karplus-Strong , el siguiente refinamiento y generalización del algoritmo en la síntesis de guía de onda digital extremadamente eficiente de Julius O. Smith III y otros, [ cita requerida ] y el aumento en la potencia de DSP a finales de la década de 1980 [2] que las implementaciones comerciales se hicieron factibles.
Yamaha firmó un contrato con la Universidad de Stanford en 1989 [3] para desarrollar conjuntamente la síntesis de guías de ondas digitales; posteriormente, la mayoría de las patentes relacionadas con la tecnología son propiedad de Stanford o Yamaha.
El primer sintetizador de modelado físico disponible comercialmente fabricado con síntesis de guía de ondas fue el Yamaha VL1 en 1994. [4] [5]
Si bien la eficiencia de la síntesis de guías de ondas digitales hizo posible el modelado físico en procesadores nativos y hardware DSP común, la emulación convincente de instrumentos físicos a menudo requiere la introducción de elementos no lineales, uniones de dispersión, etc. FDTD , [6] métodos de filtro digital de onda o elemento finito, aumentando las demandas computacionales del modelo. [7]
Tecnologías asociadas al modelado físico
Ejemplos de síntesis de modelado físico:
- Síntesis de cuerdas Karplus-Strong
- Síntesis de guía de ondas digital
- Redes físicas de interacción masiva
- Síntesis de formantes
- Síntesis articulatoria
Referencias
- Hiller, L .; Ruiz, P. (1971). "Sintetizar sonidos musicales resolviendo la ecuación de onda para objetos vibrantes". Revista de la Sociedad de Ingeniería de Audio .
- Karplus, K .; Strong, A. (1983). "Síntesis digital de timbres de batería y cuerda pulsada". Computer Music Journal . Computer Music Journal, vol. 7, núm. 2. 7 (2): 43–55. doi : 10.2307 / 3680062 . JSTOR 3680062 .
- Julius O. Smith III (diciembre de 2010). Procesamiento físico de señales de audio .
- Cadoz, C .; Luciani A; Florens JL (1993). "CORDIS-ANIMA: un sistema de modelado y simulación de síntesis de imagen y sonido: el formalismo general". Computer Music Journal . Computer Music Journal, MIT Press 1993, vol. 17, N ° 1. 17/1 (1).
Notas al pie
- ^ Englert, Marina; Madazio, Glaucya; Gielow, Ingrid; Lucero, Jorge; Behlau, Mara (2017). "Análisis de error de percepción de voces humanas y sintetizadas". Diario de la voz . 31 (4): 516.e5–516.e18. doi : 10.1016 / j.jvoice.2016.12.015 . PMID 28089485 .
- ^ Vicinanza, D: Proyecto Astra . "Copia archivada" . Archivado desde el original el 4 de noviembre de 2013 . Consultado el 23 de octubre de 2013 .Mantenimiento de CS1: copia archivada como título ( enlace )2007.
- ^ Johnstone, B: Ola del futuro . http://www.harmony-central.com/Computer/synth-history.html Archivado el 20 de abril de 2012 en WebCite , 1993.
- ^ Wood, SG: Métodos de prueba objetivos para la síntesis de audio de guía de ondas . Tesis de maestría - Universidad Brigham Young, http://contentdm.lib.byu.edu/cdm4/item_viewer.php?CISOROOT=/ETD&CISOPTR=976&CISOBOX=1&REC=19 Archivado 2011-06-11 en Wayback Machine , 2007.
- ^ "Yamaha VL1" . Sonido sobre sonido . Julio de 1994. Archivado desde el original el 8 de junio de 2015.
- ^ El proyecto NESS http://www.ness.music.ed.ac.uk
- ^ C. Webb y S. Bilbao, "Sobre los límites de la síntesis de modelado físico en tiempo real con un entorno modular" http://www.physicalaudio.co.uk
Otras lecturas
- "La próxima generación, parte 1". Future Music . No. 32. Publicaciones futuras. Junio de 1995. p. 80. ISSN 0967-0378 . OCLC 1032779031 .
enlaces externos
- Julius. Introducción básica a la síntesis de guías de ondas digitales de O Smith III
- La síntesis musical se acerca a la calidad del sonido de los instrumentos reales : comunicado de prensa de 1994 de la Universidad de Stanford