Fizikai alapú klarinéthang-szintézis

OData támogatás
Konzulens:
Dr. Bank Balázs Lajos
Méréstechnika és Információs Rendszerek Tanszék

Mára a zene szinte elengedhetetlen részévé váltak a szintetizátorok. Gyakran több száz hang imitálására képesek általában tárolt felvételek visszajátszásával. Ez az esetek többségében kiváló hangzást biztosít. Azonban fúvós és vonós hangszerek esetében a zenész a hang elindítása után is befolyásolhatja a hangzást, mely a hangmintákon alapuló szintézissel nem adható vissza. Ezt a problémát a fizikai alapú szintézis képes orvosolni, mely során a hangszer fizikai modelljéből kiindulva generálunk hangot, így a zenész beavatkozása is figyelembe vehető.

Jelen dolgozatban a klarinét fizikai alapú szintézisét mutatom be. A klarinét főbb részei a cső, a körte, a lyukak és a fúvóka, melyek folytonos idejű fizikai modelljét részletesem ismertetem. A hangszintézishez szükséges diszkrét idejű leírást pedig ezen folytonos idejű modell alapján mutatom be.

A csőben lezajló hullámjelenség megoldása analitikusan ismert, így a modellezésre jól használható a waveguide módszer. Henger esetén a cső átmérője állandó, így a balra és jobbra haladó komponenseket egy-egy késleltető reprezentálja a waveguide-ban. A kör-tét egy elsőfokú komplementer szűrőpárral modellezem. A lyukakra egy egyszerű modellt használok, melyeket aztán törtérszkésleltető szűrőkkel helyezek el a waveguide-ban.

Különös figyelmet fordítok a – számításigény szempontjából kritikus – fúvóka modellezésére, mely valójában a hangszer gerjesztése. Bemutatom az irodalomban legelterjedtebb statikus modellt, és ismertetek egy dinamikus modellt. A két modell implementálása után összehasonlítom őket. Jelalakjuk kifejezetten hasonló, ám futási időben jelentős különbség van köztük: a dinamikus modell egy implicit iteratív módszert használ, mely jelentősen megnöveli a futási időt. Azonban a dinamikus modell hangzása kellemesebb, jobban hasonlít egy valós klarinét hangjára.

A hosszú futási idő elkerülésére egy olyan modell alkalmazását javaslom, mely a dinamikus modellhez hasonló jelalakot eredményez, de ehhez a statikus modellt futtatja dinamikusan változó paraméterekkel. Ezen paraméterek a dinamikus modell off-line szimulációjával határozhatók meg, és look-up-table-ben tárolhatók.

A fenti kombinált modell egy esetben nem működik: amikor a nád nem ér hozzá a fúvókához. Ez kis szájnyomások esetén fordul elő. Ekkor azonban a dinamikus modell differenciál-egyenletrendszerének szingularitása megszűnik, így egy hatékony, explicit módszer is használható annak megoldására. Ezzel gyakorlatilag egy hibrid modellt hozok létre, mely kis szájnyomások esetén a dinamikus modellt használja, nagyobb száj-nyomások esetén pedig a dinamikus modell által paraméterezett statikus modellt.

Végeredményként a hangszer dinamikus tulajdonságait visszaadó, de kis számításigényű modellt hozok létre, mely reményeim szerint alkalmas lesz hatékony valós idejű szintézis megvalósítására is.

Letölthető fájlok

A témához tartozó fájlokat csak bejelentkezett felhasználók tölthetik le.