物理模型合成

用数学来创造声音

通过数学模型产生声音来描述特定乐器材料的物理特性及其行为。这将是物理建模综合的基本定义。不同于其他形式的音频合成，如在时间和频率域解释声音的波、谱和非线性合成，物理建模是一个飞跃。这是因为它是通过直接建模声音机制而不是声音来运行的。

这种方法调用了声学定律，从而在偏微分方程的帮助下对乐器的主要振动结构进行了物理描述。今天，物理建模被集成到许多商业硬件和软件仪器中。它使用适当的激励模型(如弹拨、敲击和弓弦)和边界条件。此外，它还能够提供一个健全的基础，创造人工乐器，如弓形长笛。

物理模型合成的历史

这个想法并不新鲜。像牛顿、亥姆霍兹和瑞利这样的科学巨人播下了种子。在他们的其他科学工作中，他们致力于理解乐器如何发出如此令人难以置信的声音。随着计算机的出现，科学家们试图实现这些数学模型。他们使用算法并编程来创造声音。我们可以说，当计算机变得足够强大，能够实时忠实地再现乐器的复杂性时，就发生了关键的变化。早在20世纪90年代，雅马哈推出了第一个提供物理建模算法的合成器。后来，一家名为ASS的公司发布了一种名为Tassman的VST仪器。VST仪器完全用于物理建模。

采样合成仍然是捕捉现场乐器的原始声音的最佳选择，物理建模是最接近重现自然声音的丰富性、活动性和复杂性的方法。它还有其他优点。由于可以控制大量的参数，例如大提琴的几何形状和共振体的材质，这使得我们可以用钢琴音板的特点来演奏大提琴。因此，我们有可能创造出一些全新的东西，比如说混合乐器。

电动工具应用

当然，物理建模并不严格限于声学仪器。同样的方法也适用于电子仪器，如合成器。物理模型能够忠实地传达电路的行为。比如老式合成器的滤波器和电子管放大器。就像前面提到的声学乐器一样，丰富和充满活力的音色毫无例外地被忠实地传递了出来。

物理合成的缺点之一是需要一定的CPU功率。这种形式的音频合成不包含预先录制的样本，因此声音是动态生成的。

另一方面，这种方法一般不占用计算机内存。不需要像在采样合成的情况下那样存储千兆字节的声音库。

附加资源和源文本

http://www.jstor.org/stable/3681331?seq=1#page_scan_tab_contents